ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LX 2020

Михайло ЯЦИШИН, Христина ВЛАД, Роман СЕРКІЗ, Олександр РЕШЕТНЯК

Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна e-mail: mykhaylo.yatsyshyn@lnu.edu.ua

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2020.60.136

ПОТЕНЦІОДИНАМІЧНЕ ОСАДЖЕННЯ ПОЛІПІРОЛУ НА ПОВЕРХНІ АМОРФНОГО СПЛАВУ СКЛАДУ Al87Ni8Y5

Потенціодинамічним окисненням піролу в 0,1 М водному розчині в 0,5 М H2SO4 на поверхні зовнішнього та контактного боків електродів з аморфного металевого сплаву складу Al87Ni8Y5 осаджено плівки поліпіролу. Проаналізовано циклічні вольт-амперні криві й описано процес електрохімічного окиснення піролу і окисно-відновних перетворень поліпіролу на цих електродах. З’ясовано, що відмінність у топології плівок зумовлена топологією поверхні електродів, які визначають різну стійкість поверхневих оксидних плівок на цих поверхнях.
Дослідження топології поверхні електродів, морфології і структури, частинок та складу підготовлених плівок поліпіролу на електроді з аморфного сплаву проводили за допомогою інфрачервоної спектроскопії з ослабленою загальною відбивною здатністю і Фур’є перетворенням (FTIR-ATR), растрової електронної мікроскопії (RЕМ) та енергодисперсійного рентгенівського мікроаналізу (ЕDХ).
За допомогою ІЧ-ФП аналізу підтверджено, що утворені плівки, сформовані на поверхнях Al87Ni8Y5 електрода, відповідають поліпіролу, який перебуває в формі солі – гідросульфату поліпіролу.
Аналіз зображень растрової електронної мікроскопії виявив, що на контактному та зовнішньому боках робочих електродів плівка поліпіролу має розвинену топо¬ло-гію поверхні, яка залежить від якості поверхні й аморфізуючого сплав металу. За результатами аналізу спектрів енергодисперсійного рентгенівського мікроаналізу виявлено наявність у полімерній плівці малої кількості домішок металів, головно сульфатів, які входять до складу робочого електрода.

Ключові слова: пірол, аморфний сплав, електрохімічне окиснення, поліпірол, структура.

ЛІТЕРАТУРА:

    1. Inzelt G. Recent advances in the field of conducting polymers. J. Sol. St. Electrochem. 2017. Vol. 21(7). P. 1965–1975. (https://doi.org/10.1007/s10008-017-3611-6).
    2. Guimard N. K., Gomez N., Schmidt C. E. Conducting polymers in biomedical engineering. Prog. Polym. Sci. 2007. Vol. 32(8–9). P. 876–921. (https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2007.05.012).
    3. Li M., Yuan J., Shi G. Electrochemical fabrication of nanoporous polypyrrole thin films. Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. P. 3836–3840. (https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.06.175).
    4. Singh M., Kathuroju P. K., Jampana N. Polypyrrole based amperometric glucose biosensors. Sens. Actuat. B. 2009. Vol. 143. P. 430–443. (https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.09.005).
    5. Jain R., Jadon N., Pawaiya A. Polypyrrole based next generation electrochemical sensors and biosensors: a review. Trends Anal. Chem. 2017. Vol. 97. P. 363–373. (https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.10.009).
    6. Stejskal J. Interaction of conducting polymers, polyaniline and polypyrrole, with organic dyes: polymer morphology control, dye adsorption and photocatalytic decomposition. Chem. Pap. 2020. Vol. 74. P. 1–54. (https://doi.org/10.1007/s11696-019-00982-9).
    7. Song E., Choi J.-W. Conducting Polyaniline Nanowire and Its Applications in Chemiresistive Sensing. Nanomater. 2013. Vol. 3. P. 498–523. (https://doi.org/10.3390/nano3030498).
    8. Joulazadeh M., Navarchian A. H. Polypyrrole nanotubes versus nanofibers: a proposed mechanism for predicting the final morphology. Synth. Met. 2015. Vol. 199. P. 37–44. (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2014.10.036).
    9. Sapurina I., Li Y., Alekseeva E., Bober P., Trchová M., Morávková Z., Stejskal J. Polypyrrole nanotubes: the tuning of morphology and conductivity. Polymer. 2017. Vol. 113, P. 247–258. (https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.02.064).
    10. Stejskal J. Strategies towards the control of one-dimensional polypyrrole nanomorphology and conductivity. Polym. Int. 2018. Vol. 67. P. 1461–1469. (https://doi.org/10.1002/pi.5654).
    11. Stejskal J., Trchová M. Conducting polypyrrole nanotubes: a review. Chem. Papers. 2018. Vol. 72(7). P. 1563–1595. (https://doi.org/10.1007/s11696-018-0394-x).
    12. Sadki S., Schottland P., Brodie N., Sabouraud G. The mechanisms of pyrrole Electro-polymerization. Chem. Soc. Rev. 2000. Vol. 29(5). P. 283–293. (https://doi.org/10.1039/a807124a).
    13. Carquigny S., Segut O., Lakard B., Lallemand F., Fievet P. Effect of electrolyte solvent on the morphology of polypyrrole films: Application to the use of polypyrrole in pH sensors. Synth. Met. 2008. Vol. 158. P. 453–461. (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2008.03.010).
    14. Paul S., Amalraj F., Radhakrishnan S. CO sensor based on polypyrrole functionalized with iron porphyrin. Synth. Met. 2009. Vol. 159. P. 1019–1023. (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2009.01.018).
    15. Zhang L., Meng F., Chen Y., Liu J., Sun Y., Luo T., Li M., Liu J. A novel ammonia sensor based on high density, small diameter polypyrrole nanowire arrays. Sens. Actuat. B. 2009. Vol. 142(1). P. 204–209. (https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.07.042).
    16. Liu L., Zhao Y., Zhou Q., Xu H., Zhao C., Jiang Z. Nano-polypyrrole supercapacitor arrays prepared by layer-by-layer assembling method in anodic aluminum oxide templates. J. Solid State Electrochem. 2007. Vol. 11(1). P. 32–37. (https://doi.org/10.1007/s10008-005-0063-1).
    17. Zhang J., Liu Y., Guan H. J., Zhao Y., Zhanget B. Decoration of nickel hydroxide nano-particles onto polypyrrole nanotubes with enhanced electrochemical performance for super-capacitors. J. Alloys Comp. 2017. Vol. 721. P. 731–740. (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.06.061).
    18. Otero T. F., Cortés M. T. Artificial Muscles with Tactile Sensitivity. Adv. Mater. 2003. Vol. 15(3). P. 279–282. (https://doi.org/10.1002/adma.200390066).
    19. Küttel C., Stemmer A., Wei X. Strain response of polypyrrole actuators induced by redox agents in solution. Sens. Actuat. B. 2009. Vol. 141(2). P. 478–484. (https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.06.044).
    20. Li M., Yuan J., Shi G. Electrochemical fabrication of nanoporous polypyrrole thin films. Thin Solid Films. 2008. Vol. 516. P. 3836–3840. (https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.06.175).
    21. Tüken T., Arslan G., Yazıcı B., Erbil M. The preparation of polypyrrole coated brass and copper electrodes for electrocatalysis. Prog. Org. Coat. 2004. Vol. 49(2). P. 153–159. (https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2003.09.006).
    22. Sapurina I., Stejskal J., Šeděnková I. et al. Catalytic activity of polypyrrole nanotubes decorated with noble-metal nanoparticles and their conversion to carbonized analogues. Synth. Met. 2016. Vol. 214. P. 14–22. (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2016.01.009).
    23. Earley S. T., Dowling D. P., Lowry J. P., Breslin C. B. Formation of adherent polypyrrole coatings on Ti and Ti–6Al–4V alloy. Synth. Met. 2005. Vol. 148(2). P. 111–118. (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2004.09.020).
    24. Redondo M. I., Breslin C. B. Polypyrrole electrodeposited on copper from an aqueous phosphate solution: Corrosion protection properties. Corr. Sci. 2007. Vol. 49. P. 1765–1776 (https://doi.org/10.1016/j.corsci.2006.10.014).
    25. Trueba M., Trasatti S. P. Pyrrole-based silane primer for corrosion protection of commercial Al alloys Part I: Synthesis and spectroscopic characterization. Progr. Org. Coat. 2009. Vol. 66(3). P. 254–264. (https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2009.08.004).
    26. Flamini D. O., Saidman S. B. Electrodeposition of polypyrrole onto NiTi and the corrosion behaviour of the coated alloy. Corr. Sci. 2010. Vol. 52(1). P. 229–234. (https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.09.008).
    27. Dalmoro V., Cedron S., Azambuja D. S., Castagno K. R. L. Polypyrrole Film Doped with Corrosion-Inhibitors Electropolymerized on AA 1100. Mat. Res. 2019. Vol. 22. e20180919. (    https://doi.org/10.1590/1980-5373-mr-2018-0919).
    28. Pickup N. L., Shaporo J. S., Wong D. K. Y. Extraction of mercury and silver into base–acid treated polypyrrole films: a possible pollutant control technology. J. Polym. Res. 2001. Vol. 8(3). P. 151–157. (    https://doi.org/10.1007/s10965-006-0145-5).
    29. Tramontina J., Machado G., Azambuja D. S. et al. Removal of Cd2+ from aqueous solutions onto polypyrrole coated reticutated vitreous electrodes. Mater. Res. 2001. Vol. 4(3). P. 195–200. (    https://doi.org/10.1590/S1516-14392001000300009).
    30. Otero T. F., Costa S. O., Ariza M. J., Marquez M. Electrodepositon of Cu on deeply reduced polypyrrole electrodes at very high cathodic potentials. J. Mater. Chem. 2005. Vol. 15(16). P. 1662–1667. (    https://doi.org/10.1039/B418075E).
    31. Alatorre M. A., Gutiérrez S., Pramo U., Ibanez J. G. Reduction of hexavalent chromium by polypyrrole deposited on different carbon substrates. J. Appl. Electrochem. 1998. Vol. 28(5). P. 551–557. (    https://doi.org/10.1023/a:1003281631291).
    32. Rodrigueg F. J., Gutierrez S., Ibanez J. G. et al. The efficiency of toxic chromate reduction by a conducting polymer (polypyrrole): influence of electropolymerization condition. Environ. Sci. Technol. 2000. Vol. 34(10). P. 2018–2023. (    https://doi.org/10.1021/es990940n).
    33. Conroy K. G., Breslin C. B. Reduction of hexavalent chromium at a polypyrrole-coated aluminium electrode: Synergistic interactions. J. Appl. Electrochem. 2004. Vol. 34. P. 191–195. (    https://doi.org/10.1023/B:JACH.0000009924.52188.f6).
    34. Tian Y., Yang F. Reduction of hexavalent chromium by polypyrrolr-modified steel mesh electrode. J. Cleaner Prod. 2007. Vol. 15. P. 1415–1418. (    https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2006.04.001).
    35. Tian Y., Huang L., Zhou X., Wu C. Electroreduction of hexavalent chromium using a polypyrrole-modified electrode under potentiostatic and potentiodynamic conditions. J. Hazard. Mater. 2012. Vol. 225–226. P. 15–20. (https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.04.057).
    36. Haque M. M., Smith W. T., Wong D. K. Y. Conducting polypyrrole films as a potential tool for electrochemical treatment of azo dyes in textile wastewaters. J. Hazard. Mater. 2015. Vol. 283. P. 164–170. (https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.07.038).
    37. Boichyshyn L. M., Hertsyk О. М., Kovbuz М. О. Morphology, structure and properties of amourphous alloys doped with REM: monograph – Lviv: Ivan Franko National University of Lviv, 2019. 242 р.
    38. Boichyshyn L. M., Hertsyk O. M., Kovbuz M. O. Thermal modification of amorphous metal alloys: nanostructuring and properties. Mississauga, Ontario: Library and Archives Canada Cataloguing in Publication, Nova Printing Inc., 2019. 138 р. (ISBN: 978-0-9950471-6-7).
    39. Yatsyshyn M. M., Boichyshyn L. M., Demchyna I. I., Nosenko V. K. Electrochemical Oxidation of Aniline on the Surface of an Amorphous Metal Alloy Al87Ni8Y5. Russ. J. Electrochem. 2012. Vol. 48(5). P. 502–508. (https://doi.org/10.1134/S1023193512050138).
    40. Yatsyshyn М. М., Demchyna І. І., Mudry S. I., Serkiz R. Ya. Morphology of the deposited electrochemically in potentiodynamic mode on the surface of Al87Ni8(REE)5 amorphous metallic alloys polyaniline film. Phis. Cem. Sol. State. 2013. No 3. P. 593–601.
    41. Mahmud H. N. M. E., Kassim A., Zainal Z., Yunus W. M. M. Fourier Transform Infrared Study of Polypyrrole-Poly(vinyl alcohol) Conducting Polymer Composite Films: Evidence of Film Formation and Characterization. J. Appl. Polym. Sci. 2006. Vol. 100(5). P. 4107–4113. (https://doi.org/10.1002/app.23327).
    42. Arenas M. A., Bajos L. G., de Damborenea J. J., Oćon P. Synthesis and electrochemical evaluation of polypyrrole coatings electrodeposited onto AA-2024 alloy. Progr. Org. Coat. 2008. Vol. 62(1). P. 79–86. (https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2007.09.019).
    43. Iroh J. O., Zhu Y., Shah K. et al. Electrochemical synthesis: a novel technique for processing multi-functional coatings. Prog. Org. Coat. 2003. Vol. 47(3-4). P. 365–375. (https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2003.07.006).
    44. Joseph S., McClure J. C., Sebastian P. J., Moreira J., Valenzuela E. Polyaniline and polypyrrole coatings on aluminum for PEM fuel cell bipolar plates. J. Pow. Sour. 2007. Vol. 177(1). P. 161–166. (https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.09.113).

Як цитувати:

Яцишин М., Влад Х., СЕРКІЗ Р., Решетняк О. ПОТЕНЦІОДИНАМІЧНЕ ОСАДЖЕННЯ ПОЛІПІРОЛУ НА ПОВЕРХНІ АМОРФНОГО СПЛАВУ СКЛАДУ Al87Ni8Y5. Праці НТШ. Хім. наук. 2020 Т. LX. С. 136-147.

Завантажити файл