Каталитические свойства и устойчивость порошковых сплавов никель–олово в процессе электрохимического выделения водорода из раствора щелочи

Врублевская О. Н.; Карева Н. Ю.; Калесник А. Д.; Кудако А. А.; Болормаа Б.; Севжидсурен Г.

Каталитические свойства и устойчивость порошковых сплавов никель–олово в процессе электрохимического выделения водорода из раствора щелочи

Врублевская О. Н., Карева Н. Ю., Калесник А. Д.,

Кудако А. А.,

Болормаа Б. ,

Севжидсурен Г.

2023

https://doi.org/10.29235/1561-8331-2023-59-3-183-192

Химически и электрохимически синтезированы порошковые сплавы Ni–Sn с содержанием никеля соответственно от 24,4 до 78,5 ат.% и от 30,6 до 55,1 ат.% для применения в качестве катализаторов электрохимического восстановления водорода в растворе щелочи. Установлено, что каталитически активная площадь поверхности химически синтезированных порошков больше в сравнении с электрохимически полученными, максимальной площадью характеризуется сплав Ni24,4Sn75,6. Выявлено, что для химически синтезированных порошков каталитические свойства, оцененные по значению потенциала, при котором достигается плотность тока 10 мА/см2, возрастают в ряду Ni24,4Sn75,6 < Ni78,5Sn21,5 < Ni; электрохимически полученные сплавы являются неэффективными катализаторами. Установлено, что сплав Ni24,4Sn75,6 характеризуется большей сохранностью каталитически активной площади поверхности в процессе эксплуатации в сравнении с никелем и сплавом Ni78,5Sn21,5.

Врублевская О. Н., Карева Н. Ю., Калесник А. Д., Кудако А. А., Болормаа Б. , Севжидсурен Г. Каталитические свойства и устойчивость порошковых сплавов никель–олово в процессе электрохимического выделения водорода из раствора щелочи. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2023;59(3):183-192. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2023-59-3-183-192

Цитирование

Список литературы

1. Ďurovič M., Hnát J., Bouzek K. Electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction in alkaline and neutral media. A comparative review. Journal of Power Sources, 2021, vol. 493, 229708. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.229708

2. Wang S., Lu A., Zhong C.-J. Hydrogen production from water electrolysis: role of catalysts. Nano Convergence, 2021, vol. 8, art. no. 4. https://doi.org/10.1186/s40580-021-00254-x

3. Aliyev A. Sh., Guseynova R. G., Gurbanova U. M., Babanly D. M., Fateev V. N., Pushkareva I. V., Tagiyev D. B. Electrocatalysts for water electrolysis. Chemical Problems, 2018, vol. 16, no. 3, pp. 283–306. https://doi.org/10.32737/2221-8688-2018-3-283-306

4. Zhai W., Ma Y., Chen D., Ho J. C., Dai Z., Qu Y. Recent progress on the long-term stability of hydrogen evolution reaction electrocatalysts. InfoMat, 2022, vol. 4, no. 9, art. no. e12357. https://doi.org/10.1002/inf2.1235

5. Krstajić N. V., Jović V. D., Gajić-Krstajić Lj., Jović B. M., Antozzi A. L., Martelli G. N. Electrodeposition of Ni–Mo alloy coatings and their characterization as cathodes for hydrogen evolution in sodium hydroxide solution. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, vol. 33, no. 14, pp. 3676–3687. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.04.039

6. Su C., Sa Z., Liu Y., Zhao L., Wu F., Bai W. Excellent properties of Ni-15 wt.% W alloy electrodeposited from a low-temperature pyrophosphate system. Coatings, 2021, vol. 11, no. 10, art. no. 1262. https://doi.org/10.3390/coatings11101262

7. Jović B. M., Lačnjevac U. Č., Krstajić N. V., Jović V. D. Ni–Sn coatings as cathodes for hydrogen evolution in alkaline solutions. Electrochimica Acta, 2013, vol. 114, pp. 813–818. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.06.024

8. Ngamlerdpokin K., Tantavichet N. Electrodeposition of nickel–copper alloys to use as a cathode for hydrogen evolution in an alkaline media. International Journal of Hydrogen Energy, 2014, vol. 39, no. 6, pp. 2505–2515. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.12.013

9. Jović B. M., Lačnjevac U. Č., Krstajić N. V., Jović V. D. Service life test of the NiSn coatings as cathodes for hydrogen evolution in industrial chlor-alkali electrolysis. International Journal of Hydrogen Energy, 2014, vol. 39, no. 17, pp. 8947–8958. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.04.015

10. Zhu Y., Zhang X., Song J., Wang W., Yue F., Ma Q. Microstructure and hydrogen evolution catalytic properties of Ni-Sn alloys prepared by electrodeposition method. Applied Catalysis A: General, 2015, vol. 500, pp. 51–57. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.05.005

11. Yang J., Li J., Wang Y., Dong S., Fan Y., Liu W., Kuang Y., Tan S., Xiao G., Wang B., Yu Z. Tailoring the pore structure of porous Ni-Sn alloys for boosting hydrogen evolution reaction in alkali solution. Metals, 2022, vol. 12, no. 12, art. no. 2123. https://doi.org/10.3390/met12122123

12. Cao Y.-L., Li Z.-L., Wang F., Liu J.-J., Ji J., Wang J.-J., Zhang L.-H., Qin S.-Y. Electrochemical preparation of Ni-Sn active cathode and its electrocatalytic hydrogen evolution reaction mechanisms in alkaline solution. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, vol. 29, no. 7, pp. 1479–1486. https://doi.org/10.3866/PKU.WHXB201305083

13. Schade C. Chemical and electrolytic methods of powder production. Samal P. K., Newkirk J. W. (eds.). ASM Handbook. Vol. 7. Powder Metallurgy. Ohio, ASM International, 2015, pp. 72–76. https://doi.org/10.31399/asm.hb.v07.a0006087

14. Vrublevskaya O. N., Shcherbakova A. B., Kudaka A. A., Galuza M. G., Sevjidsuren G., Bolormaa B. Catalytic activity of nickel–copper powder alloys in the processes of electrochemical hydrogen evolution in alkaline solution and ethanol alkaline solution. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnyh navuk = Proceedings of the National Academy of Science of Belarus. Chemical series, 2022, vol. 58, no. 1, pp. 36–44 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8331-2022-58-1-36-44

15. Rudoi V. M., Trofimov A. A., Anan’ev M. V., Ostanin N. I., Darintseva A. B., Ostanina T. N., Nikitin V. S. Methods for calculating and experimental determining the parameters of electrochemical systems. Yekaterinburg, Ural University Publ., 2019. 128 p. (in Russian).

16. Cossar E., Houache M. S. E., Zhang Z., Baranova E. A. Comparison of electrochemical active surface areas methods for various nickel nanostructures. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2020, vol. 870, art. no. 114246. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.114246

17. Hansen J. N., Prats H., Toudahl K. K., Secher N. M., Chan K., Kibsgaard J., Chorkendorff I. Is there anything better than Pt for HER? ACS Energy Letters, 2021, vol. 6, no. 4, pp. 1175–1180. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00246

18. Rosoiu S. P., Pantazi A. G., Petica A., Cojocaru A., Costovici S., Zanella C., Visan T., Anicai L., Enachescu M. Electrodeposition of NiSn-rGO composite coatings from deep eutectic solvents and their physicochemical characterization. Metals, 2020, vol. 10, no. 11, art. no. 1455. https://doi.org/10.3390/met10111455

19. Jović V. D., Jović B. M., Lačnjevac U. Č., Krstajić N. V., Zabinski P., Elezović N. R. Accelerated service life test of electrodeposited NiSn alloys as bifunctional catalysts for alkaline water electrolysis under industrial operating conditions. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2018, vol. 819, pp. 16–25. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.06.011

20. Jović V. D., Lačnjevac U., Jović B. M., Karanović Lj., Krstajić N. V. Ni–Sn coatings as cathodes for hydrogen evolution in alkaline solution. Chemical composition, phase composition and morphology effects. International Journal of Hydrogen Energy, 2012, vol. 37, no. 23, pp. 17882–17891. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.110

21. Jović B. M., Lačnjevac U. Č., Jović V. D., Krstajić N. V. Kinetics of the oxygen evolution reaction on NiSn electrodes in alkaline solutions. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2015, vol. 754, pp. 100–108. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2015.07.013

22. Kellenberger A., Vaszilcsin N., Brandl W., Duteanu N. Kinetics of hydrogen evolution reaction on skeleton nickel and nickel–titanium electrodes obtained by thermal arc spraying technique. International Journal of Hydrogen Energy, 2007, vol. 32, no. 15, pp. 3258–3265. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.02.028

Источник

Информация

Автор

Врублевская О. Н. Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета
Карева Н. Ю. Белорусский государственный университет
Калесник А. Д. Белорусский государственный университет
Кудако А. А. Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета
Болормаа Б. Институт физики и технологии Монгольской академии наук
Севжидсурен Г. Институт физики и технологии Монгольской академии наук

Страницы

183-192

Год издания

2023

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук