Термодинамический метод расчета перенапряжения выделения водорода на металлах в процессах электрокатализа и в теории коррозии металлов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В отличие от известного метода классической электрохимии, в котором теория выделения водорода строится на истолковании уравнения Тафеля перенапряжения от скорости выделения водорода ηH=−aÍ/Me+b lniK, термодинамический метод расчета перенапряжения водорода в рамках равновесной статистической термодинамики исходит из величины потенциала металла-катализатора ÅMe−ct  и равновесного потенциала выделения/окисления водорода в рамках шкалы абсолютных поверхностных потенциалов (ASP), как η*=−ÅÍ+/Í0eq+ÅMe−ct=−ÅÍ+/Í0eq+ 2ΔUS0/F, где учитывается минимальная величина внутренней поверхностной энергии для данной кристаллической структуры ΔUS Ò=0, рассчитанной из первых принципов. Используя экспериментальные данные результатов определения коэффициента aH/Me, полученных спрямлением тафелевской зависимости, дается сравнение с термодинамическим расчетом по приведенному выше уравнению.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. Я. Андреев

Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”

Автор, ответственный за переписку.
Email: yuandr@rambler.ru
Россия, Ленинский проспект, 4, Москва

А. В. Терентьев

Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”; Институт металлургии и материаловедения имени А. А. Байкова РАН

Email: yuandr@rambler.ru
Россия, Ленинский проспект, 4, Москва; Ленинский проспект, 49, Москва

Список литературы

  1. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. М. : Химия, КолосС, 2006. С. 672.
  2. Корыта И., Дворжак И., Богачкова В. Электрохимия. М: Мир, 1977. С. 472.
  3. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М: Металлургия, 1976. С. 472.
  4. Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 1. М: Изд-во иностр. литер. , 1972. С. 919.
  5. Фрумкин А.Н. Электродные процессы: Избр. тр. / Отв. ред. Никольский Б.П. М.: Наука, 1987.
  6. Burch R., Hollins P. // Catalysis Today. 1992. V. 12. P. 107–111.
  7. Garlyyev B., Fichtner J., Piqué O. et al. // Chem. Sci. 2019. V. 10. P. 8060–8075.
  8. H.S. Taylor // Proc. R. Soc. London, Ser. A. 1925. V. 108. P. 105–111.
  9. Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982. C. 584.
  10. Somorjai G.A., Li Y. Intr. to Surface Chem. and Catal. / John Wiley & Sons, 2010. C. 800.
  11. Vitos L., Ruban A.V., Skriver H.L. et al. // Surface Science. 1998. V. 411. № 1–2. P. 186–202.
  12. Андреев Ю.Я. // Журн. физ. химии. 1998. Т. 72. № 3. С. 529.
  13. Andreev Yu.Ya. // Electrochimica Acta. 1998. Т. 43. № 18. P. 2627–2631.
  14. Томас Дж., Томас У. Гетерогенный катализ . М.: Мир, 1969. C. 450.
  15. Андреев Ю.Я. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2018. Т. 54. № 6. С. 523–536.
  16. Trassatti S. // J. Electroanal. Chem. 1972. V. 39. P. 163.
  17. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов . М.: Металлургия, 1983. C. 232.
  18. Бокштейн Б.С., Ярославцев А.Б. Диффузия атомов и ионов в твердых телах . М.: МИСИС, 2005. C. 362.
  19. Schottky W. // Z. Physik. Chem. 1935. V. 29. P. 335.
  20. Шьюмон П. Диффузия в твердых телах. М.: Металлургия, 1966. C. 195.
  21. Kraftmakher Y. // Materials Science. 1998. V. 299. №2/3. P. 79–188.
  22. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. М.: Гос. изд-во физ.-матем. лит., 1958. C. 368.
  23. Дамаск А., Динс Дж. Tочечные дефекты в металлах. Пер. с англ. М.: Мир, 1966. C. 291.
  24. Свелин Р.А. Термодинамика твердого состояния. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1968. С. 314.
  25. Андреев Ю.Я., Кутырев // Журн. физ. химии. 2001. Т. 75. № 4. С. 689–694.
  26. Андреев Ю.Я. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2012. Т. 48. № 1. С. 29.
  27. Simmons R.O., Balluffi R.W. // Phys. Rev. 1960. V. 117. P. 52.
  28. Doyama M., Koehler J.S. // Phys. Rev. 1962. V. 127. P. 21.
  29. Simmons R.O., Balluffi R.W. // Phys. Rev. 1960. V. 119.
  30. Takamura J., Furukaaa K., Kuwabara N. et al. // Phys. Soc. of Japan Meeting. 1972. 11a-U-12.
  31. Simmons R.O., Balluffi R.W. // Phys. Rev. 1962. V. 125. P. 862.
  32. Bauerle J.E., KoehIer J.S. // Phys. Rev. 1957. V. 107. P. 1493.
  33. Simmons R.O., Balluffi R.W. // Phys. Rev. 1963. V. 129. P. 1533.
  34. Hashiguti R.R., Nakao Y. and Kimura H. // Journal phys. Soc. Japan. 1965. V. 20. P. 553.
  35. Cotterill R.M. J, Doyama M., Jackson J.J. et al. Lattice Defects in Quenched metals . Academic Press. NY. 1965. P. 800.
  36. Doyama M. Koehler J.S. // Acta Metall. 1976. V. 24. P. 871–879.
  37. Кан Р.У., Хаазен П.Т. Физическое металловедение. Т. 2. Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами. Пер. с англ. М: Металлургия, 1987 г. 624 с.
  38. Андреев Ю.Я., Терентьев А.В. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2019. Т. 55. № 4. С. 339–345.
  39. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 4. Статистическая физика. М.; Л.: Гос. изд-во техн.-теорет. лит., 1951. C. 480.
  40. Робертс М., Макки Ч. Химия поверхности раздела металл-газ . Перев. с англ. М.: Мир, 1981. С. 544.
  41. Смитлз К. Дж. Металлы. Справ. изд. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1980. С. 448.
  42. Bockris O.M. // Trans. Faraday Soc. 1947. V. 43. P. 417.
  43. Андреев Ю.Я. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2012. Т. 48. С. 242.
  44. Герасимов Я.И. Курс физической химии Т. 2. / 2-е изд., испр. М.: Химия, 1973. С. 623.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Модель образования поверхностных вакансий по Френкелю [22].

Скачать (38KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Термодинамические переходы атома в поверхностной фазе ГЦК-металла с образованием вакансии: 1 – из первого слоя грани к месту недостроенной грани (кинк), 2 – из места кинка в положение адатома, 3 – переход атома из первого слоя грани на поверхность терассы.

Скачать (112KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Обновленный график ASP-модели [15], учитывающий изменение поверхностной энергии металла от (при ) до при в катодном направлении). Штриховые линии – в исходном графике – степень заполнения поверхностного слоя вакансиями у Pt(111) и Ni(111), – критический потенциал полного превращения поверхностной энергии в энергию образования вакансий.

Скачать (172KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Величина перенапряжения водорода a = logi0,H по данным Trassatti [16] относительно минимальной поверхностной энергии металла ΔUS с кристаллической структурой ГЦК по Vitos [11].

Скачать (138KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024