Том 59, № 9 (2023)

Проведен теоретический анализ формирования металлических микроструктур на металлических подложках на примере локального электроосаждения серебра численным моделированием взаимосвязанных электрохимических и гомогенных химических реакций. Показано, что локализация и скорость электроосаждения серебра зависят от соотношения полных концентраций аммиака, серебра и протонов в растворе. Определен диапазон значений относительной концентрации аммиака, обеспечивающей приемлемое сочетание локализации и скорости электроосаждения серебра. С использованием ряда упрощений проведены численные расчеты распределений концентраций участников реакций и плотности тока восстановления ионов серебра при различных концентрациях компонентов раствора и межэлектродных расстояниях. Показано, что степень локализации процесса осаждения металла зависит от распределения концентраций электроактивных катионов серебра и неэлектроактивного комплекса этого металла вблизи анода. Установлено, что скорость осаждения немонотонно зависит от расстояния между электродами, что объясняется затрудненностью доставки реагентов при малых межэлектродных расстояниях и увеличением доли электроактивных ионов серебра, диффундирующих в объем раствора при больших межэлектродных расстояниях.

Процесс электроосаждения металла в нанопорах темплата типа пористого анодного оксида алюминия в условиях смешанной кинетики реакции осаждения металла исследован теоретически с помощью аналитического и численного методов. Исследование охватывает два основных периода такого процесса: нестационарный процесс установления диффузионного слоя в порах темплата и значительно более длительный процесс заполнения пор металлом. Исследовано влияние нелинейности концентрационной зависимости плотности тока обмена реакции электроосаждения металла на изменение во времени плотности тока при формировании диффузионного слоя и заполнении пор металлом.

Нанокомпозит резорцин-формальдегидного ксерогеля (RF-ксерогель) и углеродных нанотрубок после карбонизации при 800°C получен в виде композитной углеродной нанобумаги (КУНБ) толщиной 100–300 мкм, плотностью от 0.1 до 0.5 г/см² и электронной проводимостью более 10 См/см. По измерениям методом низкотемпературной адсорбции азота микропористую структуру нанобумаги формирует карбонизованнный RF-ксерогель, а мезопористая структура образуется каркасом нанотрубок. Удельная поверхность нанобумаги, рассчитанная методом нелокальной теории функционала плотности (NLDFT), превышает 600 м²/г. Основной вклад в удельную поверхность КУНБ дают поры шириной ~0.7 нм, поэтому электроды для суперконденсатора из такой бумаги эффективны только в водных растворах H₂SO₄ и KOH с малыми размерами сольватированных ионов. Для применения КУНБ с органическими электролитами разработана методика активирования нанобумаги гидроокисью калия. Максимум удельной поверхности (метод NLDFT) активированной КУНБ достигает 1182 м²/г с при потере массы углеродного ксерогеля ~25%. При этом площадь поверхности пор шириной более 1 нм увеличивается от 350 м²/г в КУНБ до 685 м²/г в активированной КУНБ. Нанобумага механически прочная, довольно дешевая и удобна для использования в суперконденсаторах.

Электроосаждение селенида серебра(I), обладающего выраженными термоэлектрическими свойствами, проведено из водных растворов, содержащих тиоцианатные комплексы серебра(I) и соединения Se(IV) при рН 4.7. Образование Ag₂Se происходит при потенциалах катода отрицательнее ‒0.9 В (с. в. э.). Полученные покрытия охарактеризованы методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), рентгенофазового анализа (РФА) и атомно-силовой микроскопии (АСМ). Стехиометрия катодного осадка близка к Ag₂Se. Дифракционные исследования показали, что в условиях электроосаждения образуется орторомбическая модификация селенида серебра(I). Катодные осадки имеют столбчатую наноструктуру.