Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом
Исследованы фото- и электрокаталитические свойства электродов на основе нанодисперсных нестехиометрических оксидов кобальта. Установлено, что электрокаталитическая активность этих соединений зависит от условий анодного электроосаждения, определяющих их состав, а также от температуры отжига. Показан...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14859 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом / О.А. Стадник, В.С. Воробец, Г.Я. Колбасов // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 3. — С. 61-63. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859983662798340096 |
|---|---|
| author | Стадник, О.А. Воробец, В.С. Колбасов, Г.Я. |
| author_facet | Стадник, О.А. Воробец, В.С. Колбасов, Г.Я. |
| citation_txt | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом / О.А. Стадник, В.С. Воробец, Г.Я. Колбасов // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 3. — С. 61-63. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Исследованы фото- и электрокаталитические свойства электродов на основе нанодисперсных нестехиометрических оксидов кобальта. Установлено, что электрокаталитическая активность этих соединений зависит от
условий анодного электроосаждения, определяющих их состав, а также от температуры отжига. Показано,
что фоточувствительность соединений определяется Со2О3, входящим в их состав.
Приведено результати вивчення фото-
та електрокаталітичних властивостей електродів на основі нанодисперсних нестехіометричних оксидів кобальту, отриманих електрохімічним методом. Показано, що електрокаталітична активність цих сполук залежить від їх складу та умов відпалу. Фоточутливими є сполуки Со, відпалені при низькій температурі, до складу яких входить Со2О3.
Studying results of photo- and electrocatalytic
properties of electrodes based on nanodispersed
nonstoichiometric cobalt oxides received by an electrochemical
method are given. It is shown, that electrocatalytic
activity of these compounds depends on their composition
and annealing conditions. Nonstoichiometric cobalt
oxides, annealed at low temperature and containing Co2O3,
are photosensitive.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:27:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 541.135.138.3+546.733
О.А. Стадник, В.С. Воробец, Г.Я. Колбасов
ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
НАНОДИСПЕРСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ КОБАЛЬТА,
СИНТЕЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Исследованы фото- и электрокаталитические свойства электродов на основе нанодисперсных нестехиомет-
рических оксидов кобальта. Установлено, что электрокаталитическая активность этих соединений зависит от
условий анодного электроосаждения, определяющих их состав, а также от температуры отжига. Показано,
что фоточувствительность соединений определяется Со2О3, входящим в их состав.
В настоящее время ведутся активные разра-
ботки в области создания тонкослойных химичес-
ких источников тока (ХИТ). Они применяются как
источники питания для различных электронных
цепей, в миниатюрных аккумуляторах с высокой
удельной энергией, дисплеях, датчиках интеграль-
ных схем и т.п. Тонкопленочные катоды можно
использовать для создания ХИТ рулонного типа.
Катодные материалы на основе оксидных соеди-
нений перспективны не только с точки зрения ми-
ниатюризации ХИТ. Оксидные соединения име-
ют значительный запас удельной емкости, что
обеспечивает высокие электрические характерис-
тики. В практическом плане надежды возлагают-
ся на применение наноструктурных электродных
материалов, особенно с разупорядоченной струк-
турой, что обеспечивает высокую скорость внедре-
ния в катодную массу соответствующего катиона
— Li, H и др. Оксиды кобальта известны как ка-
тализаторы многих химических процессов. Их
каталитическая активность существенно увеличи-
вается при использовании наночастиц этих мате-
риалов. Судя по литературным данным, оксидные
соединения Со в настоящее время широко приме-
няются в технике.
Один из известных методов получения окси-
дных соединений — пиролитический — имеет
ряд недостатков: требует дорогостоящих ре-
активов, больших затрат времени (более 12 ч),
проводится под вакуумом, включает большое
количество операций. В Институте общей и не-
органической химии разработан достаточно
простой способ электрохимического синтеза
таких соединений из водных фторсодержа-
щих растворов: Cr, Cu, Ni, Mn, Mo, катод-
ного Со [1].
Наноразмерные оксидные соединения
кобальта с размером частиц 80—120 нм полу-
чали электрохимическим методом из раство-
ра, содержащего сульфат кобальта и фторид
аммония. Преимуществом метода является воспро-
изводимость состава синтезированного материала,
которая достигается благодаря возможности кон-
троля параметров электролиза — плотности тока,
температуры, концентрации лиганда [1]. Получен-
ные порошки напрессовывали на проводящую под-
ложку-матрицу и отжигали при 250—360 оC.
Согласно данным комплекса физико-химичес-
ких методов анализа, синтезированные соедине-
ния имели формулу СохОу(ОН)z, где х=0.65—0.71,
у=1.34—1.79, z=1.3—1.52. Атомно-абсорбцион-
ным методом показано, что общее содержание Со
колеблется от 43 до 47 % в зависимости от кон-
центрации лиганда в электролите (NH4F) (табли-
ца). Результаты термогравиметрического анализа и
ИК-спектроскопии согласуются между собой и
свидетельствуют о наличии ОН-групп (до 12 %)
и воды (до 20 %).
Рентгеноструктурный анализ показал, что по-
лученное соединение близко по составу к соедине-
нию СоООН . Четырехвалентного Со в составе со-
единения не обнаружено. Имеющееся расхождение
с табличными данными свидетельствует о разупо-
рядочении структуры и о дисперсности порошка.
Нами исследована каталитическая активность
полученного соединения на модельной реакции раз-
© О.А.Стадник, В.С.Воробец, Г.Я . Колбасов , 2008
Состав оксидного соединения кобальта и потенциал полувол-
ны электровосстановления кислорода в зависимости от усло-
вий получения
Состав
электролита , г⋅л–1
Состав оксидного соедине-
ния кобальта , % мас. Потенциал
полуволны,
ВCoSO4⋅7H 2O NH4F Со O OH– H2Oобщ
10 20 44.7 28.8 8.3 18.2 –0.79
10 25 47.2 27.9 9.5 15.4 –0.82
10 30 45.1 30.9 10.4 13.6 –0.86
10 40 42.2 35.3 12.0 10.5 –0.89
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 3 61
ложения пероксида водорода. Установлено, что ре-
акция разложения Н2О2 имеет первый порядок, а
константа скорости ее разложения составляет (2
—4)⋅10–4 моль⋅с–1. Для сравнения — константа раз-
ложения пиролитического соединения кобальта на
порядок ниже. Это свидетельствует о преимуществе
электрохимического метода получения соединения.
Электрокаталитическую активность исследу-
емых электродов в процессе восстановления кис-
лорода изучали с помощью вольт-амперных зави-
симостей, которые измеряли в потенциодинамиче-
ском режиме с использованием специально разра-
ботанного электрохимического стенда на базе ПК,
имеющего следующие характеристики: измеряемые
токи — 2⋅10–9—10–1 А, скорость развертки потен-
циала 0.01—50 мВ⋅с–1, диапазон изменения потен-
циала рабочего электрода –4 — +4 В. Электрохи-
мические измерения проводили по трехэлектрод-
ной схеме в ячейке с разделенным катодным и
анодным пространством. В качестве рабочего элек-
трода использовали пленки на основе нестехио-
метрических оксидных соединений кобальта, нане-
сенные на никелевую подложку, а также порошки
СохОу(ОН)z, напрессованные на проводящую под-
ложку-матрицу. Как вспомогательный электрод ис-
пользовали платину, электрод сравнения — хлорсе-
ребряный электрод (ХСЭ). Измерения проводили
в 0.9 %-м растворе NaCl.
Фотоэлектрохимические исследования прово-
дили в кварцевой электрохимической ячейке при
освещении образцов ксеноновой лампой высокого
давления ДКСШ-500, свет которой модулировался
с частотой 20 Гц, проходил через монохроматор и
фокусировался на полупроводниковом электроде [2].
Электрический сигнал, пропорциональный фото-
току, регистрировали самописцем. Спектры фото-
тока измеряли в интервале длин волн 250—600 нм.
На поляризационных кривых восстановле-
ния кислорода в 0.9 %-м растворе NaCl на элек-
тродах на основе нестехиометрических оксидных
соединений кобальта (рисунок) наблюдали одну
волну тока при потенциалах –0.8 — –0.95 В (отн.
ХСЭ). При потенциалах Е < –1.1 В проявлялась
реакция выделения водорода.
На электродах, которые после отжига при
360 oС не имели в своем составе ОН-групп (рису-
нок, кривая 4), ток, соответствующий восстановле-
нию кислорода, отсутствовал, а на электродах, по-
лученных отжигом при меньшей температуре (289
оС) (рисунок, кривые 1–3), наблюдалась одна вол-
на тока, которая свидетельствует об их каталити-
ческой активности в исследуемом процессе. При
этом потенциал полуволны электровосстановле-
ния кислорода на этих электродах составлял –0.78 В
(перенапряжение ∆Е = –0.58 В). На пленках, полу-
ченных из растворов (таблица) и содержащих в сво-
ем составе ОН-группы от 8.3 до 12 %, наблюдалась
зависимость потенциала полуволны восстановле-
ния кислорода от содержания ОН-групп (таблица).
Фотоэлектрохимические свойства электродов
изучали посредством исследования спектров фото-
электрохимического тока. Известно, что из всех ок-
сидных соединений кобальта только Со2О3 явля-
ется фоточувствительным материалом [3]. На ри-
сунке, б представлена спектральная зависимость
квантового выхода фототока для электродов на ос-
нове Со2О3, полученных нами электрохимическим
методом, из которой следует, что при анодной по-
ляризации электродов ~200 мВ наблюдался фото-
ток в области длин волн 440—560 нм. Величина
квантового выхода в этой части спектра составля-
ла η ≤ 2.0⋅10–5.
Фотоэлектрохимические исследования элект-
родов на основе нестехиометрических оксидных со-
единений кобальта показали, что на электродах, по-
лученных отжигом при температуре 360 oС, кото-
рые не имели в составе ОН–-групп, фототок отсут-
ствовал как в катодной, так и в анодной области
потенциалов. Для образцов, полученных отжигом
при температуре 280 oС, в катодной области наблю-
дался фототок при 300—400 нм, а в анодной облас-
ти — его отсутствие, что свидетельствует о том, что
эти образцы, по сравнению с другими оксидными
а — Вольт-амперные кривые восстановления кислоро-
да в 0.9 %-м растворе NaCl на электродах на основе не-
стехиометрических оксидных соединений кобальта , по-
лученных электрохимическим методом из раствора суль-
фата кобальта (10 г⋅л–1) и фторида аммония (25 г⋅л–1)
с последующим отжигом : 1–3 — при 280 oС (цифры
1–3 соответствуют номеру цикла); 4 — при 360 oС;
cкорость развертки потенциала v =10 мВ⋅с–1. б — Cпек-
тральная зависимость квантового выхода фототока для
электродов на основе Со2О3, полученных электрохими-
ческим методом.
62 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 3
соединениями кобальта, содержат Со2О3, который
имеет р-тип проводимости, и, как известно, разла-
гается при температуре около 300 oС.
Таким образом, наноразмерные материалы на
основе оксидных соединений кобальта, полученных
электрохимическим методом с дальнейшим отжи-
гом при низкой температуре, могут быть исполь-
зованы в качестве катализаторов в процессах элек-
тровосстановления кислорода. Фоточувствительны-
ми являются соединения Со, отожженные прибли-
зительно при 280 оС, в состав которых входит Со2О3.
РЕЗЮМЕ. Приведено результати вивчення фото-
та електрокаталітичних властивостей електродів на осно-
ві нанодисперсних нестехіометричних оксидів кобаль-
ту, отриманих електрохімічним методом. Показано, що
електрокаталітична активність цих сполук залежить від
їх складу та умов відпалу. Фоточутливими є сполуки
Со, відпалені при низькій температурі, до складу яких
входить Со2О3.
SUMMARY. Studying results of photo- and electro-
catalytic properties of electrodes based on nanodispersed
nonstoichiometric cobalt oxides received by an electro-
chemical method are given. It is shown, that electrocataly-
tic activity of these compounds depends on their compo-
sition and annealing conditions. Nonstoichiometric cobalt
oxides, annealed at low temperature and containing Co2O3,
are photosensitive.
1. Иванова Н .Д., Иванов С.В. Успехи химии. -1993.
-62, № 10. -С. 907—918.
2. Kublanovsky V.S., Kolbasov G.Y a., Litovchenko K.I.
// Polish J. Chem. -1996. -270, № 11. -P. 1453—1458.
3. Камкин А .М ., Буханько Н .Г., Давыдов А .Д. и др.
// Электрохимия. -2001. -37, № 5. -C. 606—613.
Институт общей и неорганической химии Поступила 25.11.2007
им. В.И . Вернадского НАН Украины, Kиев
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 3 63
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-14859 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:27:44Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стадник, О.А. Воробец, В.С. Колбасов, Г.Я. 2010-12-29T13:42:34Z 2010-12-29T13:42:34Z 2008 Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом / О.А. Стадник, В.С. Воробец, Г.Я. Колбасов // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 3. — С. 61-63. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14859 541.135.138.3+546.733 Исследованы фото- и электрокаталитические свойства электродов на основе нанодисперсных нестехиометрических оксидов кобальта. Установлено, что электрокаталитическая активность этих соединений зависит от условий анодного электроосаждения, определяющих их состав, а также от температуры отжига. Показано, что фоточувствительность соединений определяется Со2О3, входящим в их состав. Приведено результати вивчення фото- та електрокаталітичних властивостей електродів на основі нанодисперсних нестехіометричних оксидів кобальту, отриманих електрохімічним методом. Показано, що електрокаталітична активність цих сполук залежить від їх складу та умов відпалу. Фоточутливими є сполуки Со, відпалені при низькій температурі, до складу яких входить Со2О3. Studying results of photo- and electrocatalytic properties of electrodes based on nanodispersed nonstoichiometric cobalt oxides received by an electrochemical method are given. It is shown, that electrocatalytic activity of these compounds depends on their composition and annealing conditions. Nonstoichiometric cobalt oxides, annealed at low temperature and containing Co2O3, are photosensitive. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Электрохимия Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом Article published earlier |
| spellingShingle | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом Стадник, О.А. Воробец, В.С. Колбасов, Г.Я. Электрохимия |
| title | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом |
| title_full | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом |
| title_fullStr | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом |
| title_full_unstemmed | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом |
| title_short | Фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом |
| title_sort | фотоэлектрохимические и электрокаталитические свойства нанодисперсных соединений на основе оксидов кобальта, синтезированных электрохимическим методом |
| topic | Электрохимия |
| topic_facet | Электрохимия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14859 |
| work_keys_str_mv | AT stadnikoa fotoélektrohimičeskieiélektrokatalitičeskiesvoistvananodispersnyhsoedineniinaosnoveoksidovkobalʹtasintezirovannyhélektrohimičeskimmetodom AT vorobecvs fotoélektrohimičeskieiélektrokatalitičeskiesvoistvananodispersnyhsoedineniinaosnoveoksidovkobalʹtasintezirovannyhélektrohimičeskimmetodom AT kolbasovgâ fotoélektrohimičeskieiélektrokatalitičeskiesvoistvananodispersnyhsoedineniinaosnoveoksidovkobalʹtasintezirovannyhélektrohimičeskimmetodom |