Corrosion of electrodeposited nickel with graphene oxide and its effect on hydrogen evolution in water electrolysis

• Autorzy: Flis-Kabulska Iwona , Flis Janusz

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2019.7.1

Warianty tytułu

PL

Korozja elektroosadzonych warstw niklu z tlenkiem grafenu i jej wpływ na wydzielanie wodoru w elektrolizie wody

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Large scale production of hydrogen by water electrolysis needs effective electrodes made from cheap earth - abundant materials. Widely used are nickel electrodes whose effectiveness can be improved by carbon materials, including graphene and graphene oxide (GO). In this work, electrodeposits of nickel (Ni) and of nickel with GO (Ni/GO) were obtained from the Watts solution without and with GO, respectively. Ni deposits were flat, whereas Ni/GO deposits had cauliflower morphology with developed surface area. Electrochemical behaviour was examined in 0.1 M Na2SO4 . In comparison with Ni, Ni/GO showed higher corrosion rate, higher anodic polarization currents, and higher cathodic hydrogen evolution reaction (HER). Voltammetric cycling to potentials of passivation caused a rise in HER for both materials, but for Ni/GO it was significantly higher. Enhanced HER on Ni/GO was explained mainly by the formation of larger amounts of catalytically active Ni oxides/hydroxides.

PL

Do wytwarzania wodoru w dużej skali przez elektrolizę wody potrzebne są wydajne elektrody z materiałów tanich i obficie występujących na Ziemi. Szeroko stosowane są elektrody niklowe, których sprawność może być poprawiona przez materiały węglowe, włączając grafen i tlenek grafenu (GO). W niniejszej pracy, warstwy niklu (Ni) i niklu z GO (Ni/GO) otrzymywano przez elektroosadzanie z roztworu Watts’a bez i z GO. Warstwy Ni były gładkie, natomiast warstwy Ni/GO miały morfologię typu kalafiora z rozwiniętą powierzchnią. Zachowanie elektrochemiczne badano w 0,1 M Na2SO4. W porównaniu z Ni, Ni/GO wykazywało większą szybkość korozji, większe prądy polaryzacji anodowej i większy katodowy prąd reakcji wydzielania wodoru (RWW). Woltamperometria cykliczna (VA) do potencjałów pasywacji powodowała wzrost RWW na obu materiałach, ale na Ni/GO był on znacznie większy. Zwiększony prąd RWW na Ni/GO wyjaśniono głównie tworzeniem większych ilości katalitycznych tlenków/wodorotlenków niklu.

Słowa kluczowe

EN

nickel; graphene oxide; hydrogen evolution; anodic oxidation; electrocatalysis

PL

nikiel; tlenek grafenu; wydzielanie wodoru; utlenianie anodowe; elektrokataliza

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 7
• Strony: 220--224
• Opis fizyczny: Bibliogr.18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Flis-Kabulska Iwona

• Uniwersytet im. Kardynała Stefana Wyszyńskiego (UKSW), Warszawa

autor

Flis Janusz

• Instytut Chemii Fizycznej PAN, Warszawa

Bibliografia

• [1] Flis J., M.Ziomek-Moroz, I. Flis-Kabulska. 2009. “Effect of carbon on corrosion and passivation of iron in hot concentrated NaOH solution in relation to stress corrosion cracking”. Corros. Sci 51:1696-1701.
• [2] Gong M., W.Zhou, M.-C.Tsai, J.Zhou, M Guan, M.-C.Lin, B.Zhang, Y.Hu, D.-Y. Wang, J.Yang, S.J.Pennycook, B.-J.Hwang, H. Dai. 2014. “Nanoscale nickel oxide/nickel heterostructures for active hydrogen evolution electrocatalysis”. Nat. Commun. 5:4695-4700.
• [3] Guerrini E., S. Trasatti. 2009. “Electrocatalysis in water electrolysis”, in: Catalysis for Sustainable Energy Production, P. Barbaro, C. Bianchini (Eds.). Weinheim: Wiley-VCH. pp. 235-269.
• [4] Huang Y.-G. et al. 2016. “The effect of graphene for the hydrogen evolution in alkaline medium”. Int. Journal Hydrogen Energy 41:3786-3793.
• [5] Khan M.A., H. Zhao, W. Zou, Z.Chen, W.Cao, J.Fang, J.Xu, L.Zhang, J. Zhang. 2018. “Recent Progresses in Electrocatalysts for Water Electrolysis (review article)”. Electrochemical Energy Reviews 1(4):483-530. https://doi.org/10.1007/s41918-018-0014-z.
• [6] Liu Y., H. Zhao, R. Chen, J. Qiao, D.P. Wilkinson, J. Zhang. 2018. “Carbon materials in electrolysis and hydrogen”, in: Carbon nanomaterials for electrochemical energy technologies. Fundamentals and applications, S. Sun, X. Sun, Z. Chen, Y. Liu, D.P. Wilkinson, J. Zhang (Eds). Boca Raton:CRS Press, Taylor & Francis Group. pp.227-273.
• [7] Mergel J., M. Carmo, D.L. Fritz. 2013. “Status on technologies for hydrogen production by water electrolysis”, in: Transition to renewable energy systems, D. Stolten, V. Scherer (Eds.). Weinheim: Wiley-VCH. pp. 425 - 450.
• [8] Oshchepkov A.G., A. Bonnefont, V.N. Parmon, E.R. Savinova. 2018. “On the effect of temperature and surface oxidation on the kinetics of hydrogen electrode reactions on nickel in alkaline media”. Electrochim. Acta 269:111-118.
• [9] Pei S., H.-M. Cheng. 2012. “The reduction of graphene oxide”. Carbon 50:3210-3228.
• [10] Pletcher D, X.Li. 2011. “Prospects for alkaline zero gap water electrolysers for hydrogen production”. Int. J. Hydrogen Energy 36:15089-15104.
• [11] Pourbaix M. 1966. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions, first ed., Oxford, Cebelcor, Brussels:Pergamon Press.
• [12] Praven Kumar C.M., T.V.Venkatesha, R. Shabadi. 2013. “Preparation and corrosion behavior of Ni and Ni-graphene composite coatings”. Materials Research Bulletin 48: 1477-1483.
• [13] Ren J-T., G.-G. Yuan, C.-C. Weng, L. Chen, Z.-Y. Yuan. 2018. “Uniquely integrated Fe-doped Ni(OH)2 nanosheets for highly efficient oxygen and hydrogen evolution reactions”. Nanoscale 10:10620-10628.
• [14] Shervedani R.K., M.Torabi, F.Yaghoobi. 2017. “Binder-free prickly nickel nanostructured/reduced graphene oxide composite: A highly efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction in alkaline solutions”. Electrochim. Acta 244:230-238.
• [15] Trasatti S. 1992. “Electrocatalysis of hydrogen evolution: progress in cathodic activation”, in: Advances of Electrochemical Science and Engineering, Vol. 2. H. Gerischer, C.W. Tobias (Eds.). Weinheim:VCH. pp. 1-85.
• [16] Yuan H., R.R. Lunt, J.I. Thompson, R.Y. Ofoli. 2017. “Electrodeposition of Ni/Ni(OH)2 catalytic films for the hydrogen evolution reaction produced by using cyclic voltammetry”. ChemElectroChem 4:241-245.
• [17] Zhang T., M.-Y.Wu, D.-Y. Yan, J. Mao, H.Liu, W.-B. Hu, X.-W. Du, T.Ling, S.-Z. Qiao. 2018. “Engineering oxygen vacancy on NiO nanorod arrays for alkaline hydrogen evolution”. Nano Energy 43:103-109.
• [18] Zeng K., D. Zhang. 2010. “Recent progress in alkaline water electrolysis for hydrogen production and applications”. Progress in Energy and Combustion Science 36:307-326.

Uwagi

This work was suppored by the Cardinal Stefan Wyszynski University and Institute of Physical Chemistry PAS, Warsaw.

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).