ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXV 2024

Вячеслав ПРОЦЕНКО, Олександр СУХАЦЬКИЙ, Тетяна БУТИРІНА

Український державний університет науки і технологій вул. Лазаряна, 2, 49010 Дніпро, Україна
e-mail: vprotsenko7@gmail.com

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2024.75.161

ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ОСАДЖЕННЯ НАНОКРИСТАЛІЧНОГО КОМПОЗИТУ НІКЕЛЬ–ЦЕРІЮ(IV) ОКСИД З НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЕВТЕКТИЧНОГО РОЗЧИННИКА ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОКАТАЛІЗАТОРІВ ДЛЯ ВОДНЕВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

Розглянуто закономірності електроосадження композиційного покриття, що містить фази нанокристалічного металевого нікелю та церію (IV) оксиду, з електроліту на основі нового покоління йонних рідин – низькотемпературних евтектичних розчинників. Електроліт для осадження містив рідку евтектичну суміш холін хлориду та карбаміду, в якій були розчинені хлориди нікелю(II) і церію(III). Запропоновано реакційну схему утворення нанокомпозиційного покриття. Виявлено, що впровадження церію(IV) оксиду приводить до суттєвого збільшення електрокаталітичної активності (порівняно з нікелевим покриттям) у катодній реакції виділення водню та анодних реакціях виділення кисню й окиснення карбаміду, що може бути використано під час розробки нових високоефективних процесів електрохімічного синтезу «зеленого» водню.

Keywords: електроосадження, покриття, нікель, церій, електрокаталіз.

Література:

    1. Osman A.I., Mehta N., Elgarahy A.M., Hefny M., Al-Hinai A., Al-Muhtaseb A.H., Rooney D.W. Hydrogen production, storage, utilisation and environmental impacts: a review. Environ. Chem. Lett. 2022. Vol. 20. P. 153–188. (https://doi.org/10.1007/s10311-021-01322-8).
    2. Farias C.B.B., Barreiros R.C.S., da Silva M.F., Casazza A.A., Converti A., Sarubbo L.A. Use of hydrogen as fuel: a trend of the 21st century. Energies. 2022. Vol. 15. Art. No. 311. (https://doi.org/10.3390/en15010311).
    3. Gong M., Wang D.Y., Chen C.C., Hwang B.J., Dai H. A mini review on nickel-based electrocatalysts for alkaline hydrogen evolution reaction. Nano Res. 2016. Vol. 9. P. 28–46. (https://doi.org/10.1007/s12274-015-0965-x).
    4. Jamesh M.I. Recent progress on earth abundant hydrogen evolution reaction and oxygen evolution reaction bifunctional electrocatalyst for overall water splitting in alkaline media. J. Power Sources. 2016. Vol. 333. P. 213–236. (https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.09.161).
    5. Li R., Li Y., Yang P., Wang D., Xu H., Wang B., Meng F., Zhang J., An M. Electrodeposition: synthesis of advanced transition metal-based catalyst for hydrogen production via electrolysis of water. J. Energy Chem. 2021. Vol. 57. P. 547–566. (https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.08.040).
    6. Smith E.L., Abbott A.P., Ryder K.S. Deep eutectic solvents (DESs) and their applications. Chem. Rev. 2014. Vol. 114. P. 11060–11082. (https://doi.org/10.1021/cr300162p).
    7. Zhang C., Fu Y., Gao W., Bai T., Cao T., Jin J., Xin B. Deep eutectic solvent-mediated electrocatalysts for water splitting. Molecules. 2022. Vol. 27. Art. No. 8098. (https://doi.org/10.3390/molecules27228098).
    8. Kityk A., Pavlik V., Hnatko M. Exploring deep eutectic solvents for the electrochemical and chemical synthesis of photo and electrocatalysts for hydrogen evolution. Int. J. Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48. P. 39823–39853. (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.158).
    9. Santos D.M.F., Amaral L., Sljukic B., Maccio D., Saccone A., Sequeira C.A.C. Electrocatalytic activity of nickel-cerium alloys for hydrogen evolution in alkaline water electrolysis. J. Electrochem. Soc. 2014. Vol. 161. P. F386–F390. (https://doi.org/10.1149/2.016404jes).
    10. Kopczynski K., Lota G. Electrocatalytic properties of a cerium/nickel coating deposited using a deep eutectic solvent. Electrochem. Commun. 2019. Vol. 107. Art. No. 106538. (https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.106538).
    11. Protsenko V.S., Pavlenko L.M., Bobrova L.S., Korniy S.A., Danilov F.I. Electrodeposition of coatings from urea–choline chloride-based plating baths containing Ni(II) and Ce(III) chloride salts and electrocatalytic activity of electrodeposits towards the hydrogen evolution reaction. J. Solid State Electrochem. 2024. Vol. 28. P. 1641–1655. (https://doi.org/10.1007/s10008-023-05499-6).
    12. Hamlaoui Y., Pedraza F., Remazeilles C., Cohendoz S., Rebere C., Tifouti L., Creus J. Cathodic electrodeposition of cerium-based oxides on carbon steel from concentrated cerium nitrate solutions. Part I. Electrochemical and analytical characterisation. Mater. Chem. Phys. 2009. Vol. 113. P. 650–657. (https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2008.08.027).
    13. Paygozar S., Aghdam A.S.R., Hassanizadeh E., Andaveh R., Darband G.B. Recent progress in non-noble metal-based electrocatalysts for urea-assisted electrochemical hydrogen production. Int. J. Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48. P. 7219–7259. (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.087).
    14. Protsenko V.S., Bobrova L.S., Butyrina T.E., Sukhatskyi O.D. Thermodynamics of electrochemical urea oxidation reaction coupled with cathodic hydrogen evolution reaction in an alkaline solution: effect of carbonate formation. Int. J. Hydrogen Energy. 2024. Vol. 59. P. 354–358. (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.02.006).
    15. Wang X., Wang J., Sun Y., Li K., Shang T., Wan Y. Recent advances and perspectives of CeO2-based catalysts: electronic properties and applications for energy storage and conversion. Front. Chem. 2022. Vol. 10. Art. No. 1089708. (https://doi.org/10.3389/fchem.2022.1089708).

Як цитувати:

ПРОЦЕНКО В., СУХАЦЬКИЙ О., БУТИРІНА Т. ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ОСАДЖЕННЯ НАНОКРИСТАЛІЧНОГО КОМПОЗИТУ НІКЕЛЬ–ЦЕРІЮ(IV) ОКСИД З НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНОГО ЕВТЕКТИЧНОГО РОЗЧИННИКА ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОКАТАЛІЗАТОРІВ ДЛЯ ВОДНЕВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ. Праці НТШ. Хім. Наук. 2024. Т. LXXV. С. 161-170.

Завантажити файл