ГЕТЕРООКСИДНІ КАТАЛІТИЧНО АКТИВНІ ПОКРИТТЯ: СИНТЕЗ І ВЛАСТИВОСТІ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2025.01.04Ключові слова:
плазмо-електролітне оксидування, композитні покриття, металеві платформи, оксиди ванадію і вольфраму, електрокаталіз, реакція виділення воднюАнотація
До актуальних проблем сьогодення повною мірою віднесено різноманітні аспекти створення функціональних матеріалів різноманітного призначення. При створенні таких матеріалів неодмінно мають бути враховані економічні і екологічні складові, ресурсозабезпеченість і енергоємність виробництв, а також цільове призначення створюваної продукції. Значною мірою акценти в теперішній час змістились в напрямку досліджень, результати яких мають задовольняти потреби оборонної сфери, сприяти забезпеченню енергетичної незалежності країни та вирішувати інші першорядні завдання. Одним з таких аспектів є поліпшення енергозабезпечення промисловості і побутового сектора та економіки, особливо в віддалених і важкодоступним районах. Світовим трендом в цій галузі вважається виробництво молекулярного водню саме в місцях базування енергоспоживачів, оскільки транспортування газоподібного водню і його зберігання стикаються з майже невирішуваною проблемою наводнювання конструкційних матеріалів, їх водневої крихкості, та ін. Саме за таких обставин створення високоактивних електродних матеріалів для електролітичного синтезу водню електролізом водних розчинів вбачається одним з альтернативних шляхів вирішення поставленої мети. У роботі наведено результати дослідження синтезованих методом плазмо- електролітного оксидування композитних покриттів на платформах зі сплавів алюмінію і титану, допованих сполуками ванадію та вольфраму. Проаналізовано процеси електролізу водних розчинів з використанням означених композитів в ролі електродних матеріалів. Методом лінійної вольтамперометрії визначено константи а і b рівняння Тафеля для систем WO3 – V2O5 – Al2O3 / Аl та WO3 – V2O5 – TiO2 / Ті, як електродних матеріалів, в реакції виділення водню. Встановлено, що на функціональні властивості покриттів суттєво впливає вміст допувальних елементів та характеристики металевих матриць і морфологія поверхні. Значення коефіцієнтів а і b вказують на високий рівень електрокаталітичних властивостей отриманих покриттів, що свідчить про можливості використання їх як електродних матеріалів в цільових реакціях синтезу електролітичного водню.
Посилання
Friedemann Aer, Gesing Th.M., Plagemann P. Electrochemical rutile and anatase formation on PEO surfaces. Surface and Coatings Technology, 2017, Vol. 315, pp. 139-149.
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.01.042
Wu K.-R., Hung Ch.-H.J., Yeh Ch.-W., Wu J.-K. Microporous TiO2-WO3/TiO2 films with visible-light photocatalytic activity synthesized by micro arc oxidation and DC magnetron sputtering. Applied Surface Science, 2012, Vol. 263, pp. 688-695. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.09.142
Lukiyanchuk I.V., Vasilyeva M.S., Yarovaya T.P., Nedozorov P.M., Tkachev V.V., Ustinov A.Yu., Budnikova Yu.B., Parotkina Yu.A. Photoactive TiO2- V2O5-WO3 film composites immobilized in titanium phosphate matrix by plasma electrolytic oxidation. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2023, Vol. 445, 11504. https://doi. org/10.1016/ j.jphotochem. 2023.115047
Lukiyanchuk I.V., Vasilyeva M.S., Ustinov A.Yu., Bryzhin A.A., Tarkhanova I.G. Ti/TiO2/NiWO4 + WO3 composites for oxidative desulfurization and denitrogenation. Surface and Coatings Technology, 2022, Vol. 434, 128200. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128200
Hatel R., Baitoul M. Nanostructured Tungsten Trioxide (WO3): synthesis, structural and morphological investigations / IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 2019, Vol. 1292, 012014. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1292/1/012014
He J., Luo Q., Cai Q.Z., Li X.W., Zhang D.Q. Microstructure and photocatalytic properties of WO3/TiO2 composite films by plasma electrolytic oxidation. Materials Chemistry and Physics, 2011, Vol. 129, Iss. 1–2, pp. 242-248. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2011.04.011
Javidi M., Fadaee H. Plasma electrolytic oxidation of 2024-T3 aluminum alloy and investigation on microstructure and wear behavior. Applied Surface Science, 2013, Vol. 286, pp. 212-219. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.049
Bairachnyi V., Rudenko N., Zhelavska Yu., Pilipenko A. Using aluminum alloys in the electrochemical hydrogen production. Materials Today: Proceedings, 2019, Vol. 6, P. 2, pp. 299-304. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.10.108
Ved’ M.V., Sakhnenko N.D., Karakurkchi A.V., Myrna T.Yu. Functional mixed cobalt and aluminum oxide coatings for environmental safety. Functional materials, 2017, Vol. 24, No 2, pp. 303–310. https://doi.org/10.15407/fm24.02.303
Curran J.A., Clyne T.W. Porosity in plasma electrolytic oxide coatings. Acta Materialia, 2006, Vol. 54, Iss. 7 pp. 1985-1993. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.12.029
Sakhnenko M.D., Ved’ M.V., Markova N.B., Stepanova I.I., Halak O.V. Metaloksydni kompozyty dlia fotokatalitychnoi dezyntehratsii toksykantiv [Metal oxide composites for photocatalytic disintegration of toxicants]. [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Chemistry, Chemical Technology and Ecology], 2020, № 2(4), C. 28-35. https:// doi.org/ 10.20998/2079-0821.2020.02.04
Tseng Ch.-Ch., Lee J.-L., Kuo Tz.-Hs., Kuo Sh.- N., Tseng K.-H. The influence of sodium tungstate concentration and anodizing conditions on microarc oxidation (MAO) coatings for aluminum alloy. Surface and Coatings Technology, 2012, Vol. 206, Iss. 16, pp. 3437-3443. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.02.002
Sakhnenko, N.D., Ved, M.V., &Karakurkchi, A.V. Nanoscale Oxide PEO Coatings Forming from Diphosphate Electrolytes. In: Springer proceedings in physics, 2017, pp. 507–531. https://doi.org/10.1007/978- 3-319-56422-7_38
Stepanova I.I., Sakhnenko M.D., Markova N.B., Korohodska A.M., Karakurkchi H.V., Indykov S.M. Doslidzhennia vplyvu parametriv plazmo-elektrolitnoho oksyduvannia na funktsionalni vlastyvosti heterooksydnykh pokryviv [Study of the influence of plasma-electrolytic oxidation parameters on the functional properties of heterooxide coatings]. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Хімія, хімічна технологія та екологія [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Chemistry, Chemical Technology and Ecology], 2023, № 2 (10), C. 3-8. https://doi.org/10.20998/2079-0821.2023.02.01
Pizzini S. Physical Chemistry of Semiconductor Materials and Processes. Wiley, 2015, 416 p.
Jaegers N.R., Lai J.-K., He Y., Walter E., Dixon D.A., Vasiliu M., Chen Y., Wang C., Hu M.Y., Mueller K.T., Wachs I.E., Wang Y., Hu J.Z Mechanism by which Tungsten Oxide Promotes the Activity of Supported V2O5/TiO2 Catalysts for NOX Abatement: Structural Effects Revealed by 51V MAS NMR Spectroscopy. Angewandte Chemie, 2019, Vol. 58, 12609. https://doi.org/ 10.1002/anie.201904503
Bayati M.R., Zargar H.R., Molaei R., Golestani- Fard F., Zanganeh N., Kajbafvala A. MAO-synthesized Al2O3-supported V2O5 nano-porous catalysts: Growth, characterization, and photoactivity. Applied Surface Science, 2010, Vol. 256, Iss. 12, pp. 3806-3811. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.01.030
Abyzov A.M. Aluminum Oxide and Alumina Ceramics (review). Part 1. Properties of Al2O3 and Commercial Production of Dispersed Al2O3. Refractories and Industrial Ceramics, 2019, Vol. 60, pp. 24–32. https://doi.org/10.1007/s11148-019-00304-2
