Формирование и свойства высокоселективных электродных систем на основе диоксида марганца

• Автор: Щитовская, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Проблемы электролиза морской воды и

разбавленных хлоридных растворов.

1.2. Проблемы селективности хлорной и кислородной

реакций в разбавленных хлоридных растворах и морской воде

1.3. Анодные материалы, используемые при электролизе хлоридных растворов

1.4. Физикохимические и электрохимические свойства

диоксидномарганцевых анодов.

1.5. Строение двойного слоя на оксидных электродах, определение истинной поверхности, т.н.з., проблемы.
1.6. Перспективы использования селективных электродов для водородной энергетики, преобразования энергии
океана, глобального рециклирования С.
1.7. Развитие сканирующей туннельной микроскопии.
Глава 2. Методики исследований.
2.1. Приготовление электродов ОРТА и образцов
на основе различных модификаций ДМ.
2.2. Методики электрохимических измерений
2.3. Методики аналитических определений.
2.4. Методики физических исследований
Глава 3. Формирование покрытий на основе оксидов марганца,
рутения и титана.
3.1. Формирование покрытий на основе различных модификаций диоксида марганца
3.2. Особенности и основные закономерности
формирования селективной формы ДМ
3.3. Исследование влияния различных факторов при формировании селективной модификации ДМ на физикохимические и электрохимические свойства анодов
3.3.1. Изучение влияния природы электролита
3.3.2. Влияние плотности тока при получении
селективного покрытия
3.3.3. Влияние характера и состава подложки на селективные свойства активных покрытий.
Глава 4. Исследование физикохимических, электрохимических
и электрокаталитических свойств селективной модификации ДМ
4.1. Влияние условий электролиза разбавленных
хлоридных растворов на селективные свойства ДМ покрытий.
4.2. Истинная поверхность электродов.
4.3. Степень окисления марганца в оксиде.
4.4. Адсорбционные свойства и строение ДЭС электродов
на основе ДМ.
4.5. Кинетические параметры РВХ и РВК на электродах
с различными модификациями ДМ
4.5.1. Изучение поляризационных характеристик анодов.
4.5.2. Определение природы поляризации в РВК и РВХ
4.6. Изучение морфологии и строения поверхности анодов методом СТМ
Глава 5. Исследование селективности ДМА к РВК
в реальных системах.
5.1. Исследование селективности в морской воде
5.2. Поиск путей стабилизации и повышения
селективности ДМА.
5.2.1. Влияние термообработки ДМА на селективность к РВК .
5.2.2. Исследование влияния условий хранения
и химической стабилизации покрытия.
5.2.3. Влияние добавок кобальта в электролит при формировании
покрытия на селективные свойства ДМА.
5.3. Особенности коррозионного поведения при электролизе
разбавленных хлоридных растворов
Список литературы


Рассматривался также вопрос о возможности использования кинетической энергии водных масс океанских течений для получения электроэнергии, которая будет использоваться для электролиза морской воды, а водород будет сжижаться, и транспортироваться к месту потребления 1. Среди известных методов получения водорода из воды электролиз, термохимические методы и их комбинации, фотолиз, радиолиз и др. Для решения данных проблем при электролизе морской воды возникает вопрос о выборе устойчивых, экономичных, дешевых анодных материалов. Из различных методов разложения воды электрохимический, термический, термохимический, биохимический, фотохимический, фотоэлектрохимический и т. Этот способ наиболее приемлем для потребителей, предъявляющих высокие требования к чистоте водорода и кислорода, для установок малой мощности и при наличии дешевой электроэнергии. Однако цифры по затратам энергии относятся к идеальным условиям электролиза. Обычно электролиз осуществляется в чистых щелочах КОН или для предотвращения коррозии деталей электролизеров и для исключения побочных явлений. К этим явлениям относятся образование анодных осадков, нежелательных анодных реакций ионов СГ, 2, i2, СО, коррозионные процессы на аноде. Минимальное напряжение на ячейке, при котором происходит электролиз с выделением газообразного водорода и кислорода, называется напряжением разложения воды, и оно включает перенапряжение водорода и кислорода. Они определяются материалом электрода, то есть электрокатапитическими факторами. Теоретически напряжение разложения определяется разностью термодинамически обратимых потенциалов анода и катода Еофа фк Равновесные потенциалы фа и фк рассчитываются но изменению изобарного потенциала в процессе электролиза. Ав 0 для катодного процесса равно нулю, исходя из того, что рРн2 О, а для анодного 7 кДжмоль, исходя из выражения
р , где 1. Б число Фарадея. Гак как фР 1, В, тогда рк 0, В ра 1, В. Равновесные потенциалы фаи фк определяются в зависимости от концентрации ионов. Лк Па 1КЦ 1ДИф. ИМ Жд, ГДе 1. Яэ, Яд и Лм соответственно сопротивление электролита, диафрагмы, электродов и контактов ячейки. При электролизе реальных электролитов морской воды, разбавленных хлоридных растворов эти условия щелочного электролиза для получения водорода и кислорода не выполняются. Здесь наряду с водород кислородной ячейкой реализуется водород хлорная, поскольку кинетические параметры хлорной реакции ток обмена сь способствует ее протеканию. Гермодинамические напряжения для водород кислородной ячейки с морской водой в качестве электролита лежат в интервале 1, 2, В в зависимости от состава воды и других условий проведения процесса. При тех же условиях термодинамические напряжения для водород хлорной ячейки составляют от 1, В до 1, В. Токи обмена для обеих ячеек водород кислород и водород хлор составляют соответственно и 3 Асм2 5, 6. Реализация хлорной и кислородной реакций на аноде определяется соотношением конкурирующих величин перенапряжения и кислотности среды , которая сильно зависит от условий перемешивания. Отсюда возникает проблема утилизации хлора или возвращения его в цикл в виде хлорида. Другое направление работ замена водородхлорной ячейки водородкислородной ячейкой в разбавленных хлоридных растворах и морской воде. Для этого необходимы электроды, проявляющие повышенную селективность к реакции выделения кислорода , . При осуществлении прямого электролиза морской воды необходимо решение комплекса научных задач электрокатализа анодных и катодных реакций, кинетики совместного выделения хлора и кислорода, коррозии анодов. Проблема селективности электрохимических реакций является одной из важнейших в теоретической и прикладной электрохимии, поскольку определяет энергозатраты на электролиз, возможность осуществления безотходных, экологически приемлемых электрохимических технологий, упрощения технологических схем разделения продуктов электролиза. Хотя отдельным аспектам этой проблемы уделено внимание в литературе, в целом, в теоретическом отношении несколько лет назад и на настоящем этапе развития электрокатализа она недостаточно разработана.