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 ÅMect  и равновесного потенциала выделения/окисления водорода в рамках шкалы абсолютных поверхностных потенциалов (ASP), как η*=ÅÍ+/Í0eq+ÅMect=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
2. Рис. 1. Модель образования поверхностных вакансий по Френкелю [22].

Скачать (38KB)
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)
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)
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)

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».