Oxygen evolution reaction on electrolytic nickel-based composite coatings in an alkaline solution

• Autorzy: Popczyk M. , Budniok A.

Warianty tytułu

PL

Proces wydzielania tlenu na elektrolitycznych powłokach kompozytowych na osnowie niklowej w środowisku alkalicznym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ni+W+Si and Ni+W+Mo+Si composite coatings were obtained by electrodeposition of crystalline nickel from an electrolyte containing suspension of suitable metallic and non-metallic components (W, Mo and Si). These coatings were obtained under galvanostatic conditions, at the current density of jdep. = 0.100 A cm-2 and at the temperature of 338 K. For comparison the Ni coating was also obtained and investigated in the same manner. Obtained coatings were modified in the air atmo- sphere by thermal treatment at the temperature of 973 K during 1 hour. Thermal treatment of obtained coatings changes their phase composition. X-ray diffraction pattern showed that the Ni+W+Si coating is composed of three phase structures, i.e., nickel, tungsten and silicon. The phase composition for the Ni+W+Si coating after thermal treatment in the air is markedly different. The main peaks corresponding to the W coexist with the new ones corresponding to new phases: NiWO4 and two forms of SiO2. X-ray diffraction pattern showed that the Ni+W+Mo+Si coating is composed of four phase structures, i.e., nickel, tungsten, molybdenum and silicon. The phase composition for the Ni+W+Mo+Si coating after thermal treatment in the air is also markedly different. This may be concluded from the presence new peaks corresponding to new phases: NiWO4, NiMoO4 and SiO2. The phase composition for the Ni coating after thermal treatment in the air is different in comparison with Ni as-deposited coating. The main peaks corresponding to the Ni coexist with the new ones corresponding to new phase: NiO, what suggests that the nickel coating was also oxidized. The electrochemical activity of thermally treated coatings was studied in the process of oxygen evolution reaction (OER) from 5 M KOH solution using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) method. It was found that Ni+W+Mo+Si composite coating after thermal treatment in the air is characterized by enhanced electrochemical activity towards oxygen evolution as compared with Ni+W+Si and Ni coatings after thermal treatment in the air. This coating to characterize least values of the logarithm impedance module log |Z|, phase angle [phi], charge-transfer resistance Rct, and greatest values of double-layer capacitance Cdl. Thus obtained coating may be useful in application as electrode material for the oxygen evolution reaction.

PL

Powłoki kompozytowe Ni+W+Si i Ni+W+Mo+Si otrzymano poprzez elektroosadzanie krystalicznego niklu z elektrolitu zawierającego zawiesinę odpowiednich metalicznych i niemetalicznych składników (W, Mo i Si). Te powłoki otrzymano w warunkach galwanostatycznych (jdep. = 0,100 A cm-2) w temperaturze 338 K. Do celów porównawczych otrzymano również powłokę Ni, którą poddano identycznym badaniom jak pozostałe. Otrzymane powłoki zostały poddane obróbce cieplnej w atmosferze powietrza w temperaturze 973 K przez 1 godzinę. Obróbka cieplna otrzymanych powłok zmieniła ich skład fazowy. Rentgenowska analiza fazowa powłok Ni+W+Si po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza wykazała obecność następujących faz: NiWO4, dwóch odmian SiO2 oraz występującej już wcześniej fazy W. Rentgenowska analiza fazowa powłok Ni+W+Mo+Si po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza wykazała obecność nowych faz: NiWO4, NiMoO4 oraz SiO2. Natomiast rentgenowska analiza fazowa powłok Ni po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza wykazała obecność nowej fazy NiO oraz występującej już wcześniej fazy Ni. Charakterystykę aktywności elektrochemicznej w procesie wydzielania tlenu w środowisku alkalicznym (5 M KOH) dla powłok po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza prowadzono metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Stwierdzono, że powłoka kompozytowa Ni+W+Mo+Si po obróbce cieplnej charakteryzuje się podwyższoną aktywnością elektrochemiczną w procesie wydzielania tlenu w porównaniu do powłok Ni+W+Si i Ni po obróbce cieplnej. Powłoka kompozytowa Ni+W+Mo+Si po obróbce cieplnej charakteryzuje się najmniejszymi wartościami logarytmu modułu impedancji log |Z|, kąta przesunięcia fazowego [phi] i oporu przeniesienia ładunku Rct oraz największymi wartościami pojemności warstwy podwójnej Cdl . Tak otrzymana powłoka może być zastosowana jako materiał elektrodowy w procesie wydzielania tlenu.

Słowa kluczowe

EN

composite coatings; oxygen evolution reaction (OER); electrochemical impedance spectroscopy (EIS)

PL

powłoka kompozytowa; proces wydzielania tlenu; elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 4
• Strony: 397--402
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., wykr.

Twórcy

autor

Popczyk M.

autor

Budniok A.

• University of Silesia, Institute of Materials Science, Bankowa 12, 40-007 Katowice,

Bibliografia

• [1] Kibria M.F., Mridha M.S.H., Electrochemical studies of the nickel electrode for the oxygen evolution reaction, Int. J. Hydrogen Energy 1996, 21, 179-182.
• [2] Bocca C, Barbucci A., Cerisola G., The influence of surface finishing on the electrocatalytic properties of nickel for the oxygen evolution reaction (OER) in alkaline solution, Int. J. Hydrogen Energy 1998, 23, 247-252.
• [3] Karimi-Shervedani R., Lasia A., Studies of the hydrogen evolution reaction on Ni-P electrodes, J. Electrochem. Soc. 1997, 144,511-519.
• [4] Karimi-Shervedani R., Lasia A., Study of the hydrogen evolution reaction on Ni-Mo-P electrodes in alkaline solutions, J. Electrochem. Soc. 1998, 145, 2219-2225.
• [5] Popczyk M., Budniok A., Lasia A., Electrochemical properties of Ni-P electrode materials modified with nickel oxide and metallic cobalt powders, Int. J. Hydrogen Energy 2005, 30,265-271.
• [6] Serek A., Budniok A., Electrodeposition and thermal treatment of nickel layers containing titanium, J. Alloys Compd. 2003, 352, 290-295.
• [7] Karimi-Shervedani R., Lasia A., Kinetics of hydrogen evolution reaction on nickel-zinc-phosphorous electrodes, J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 2652-2657