Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)

Методом циклічної вольтамперометрії в лужному розчині досліджено електрохімічні та електрокаталітичні властивості 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з кобальтом (II) у складі повітряних газодифузійних електродів. Виявлено вплив різних режимів електрохімічних досліджень на...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2008
Main Authors: Джамбек, О.А., Джамбек, О.І., Макордей, Ф.В., Жиліна, З.І., Ішков, Ю.В.
Format: Article
Language:Ukrainian
Published: Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України 2008
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15195
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:Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II) / О.А. Джамбек, О.І. Джамбек, Ф.В. Макордей, З.І. Жиліна, Ю.В. Ішков // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 6. — С. 106-109. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-15195
record_format dspace
spelling Джамбек, О.А.
Джамбек, О.І.
Макордей, Ф.В.
Жиліна, З.І.
Ішков, Ю.В.
2011-01-13T09:50:03Z
2011-01-13T09:50:03Z
2008
Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II) / О.А. Джамбек, О.І. Джамбек, Ф.В. Макордей, З.І. Жиліна, Ю.В. Ішков // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 6. — С. 106-109. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
0041–6045
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15195
541.138
Методом циклічної вольтамперометрії в лужному розчині досліджено електрохімічні та електрокаталітичні властивості 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з кобальтом (II) у складі повітряних газодифузійних електродів. Виявлено вплив різних режимів електрохімічних досліджень на I—E-криві в інтервалі потенціалів –0.4—0.7 В (о.р.е.).
Методом циклической вольтамперометрии в щелочном растворе исследованы электрохимические и электрокаталитические свойства 5,10,15,20-тетра-(4-метоксифенил)-порфирина и его комплекса с кобальтом (II) в составе воздушных газодиффузионных электродов. Выявлено влияние различных режимов электрохимических исследований на I—E-кривые в интервале потенциалов –0.4—0.7 В (о.р.э.).
Electrochemical and electrocatalytic behavior of 5,10,15,20-tetra-(4-methoxyphenylporphyrin and its complex with Co (II) forming part of air gas-diffusion electrodes in alkaline solution has been researched with cyclic voltammometry. Influence of various conditions of electrochemical researches on the I—E-curves at interval of potentials –0.4—0.7 V (o.m.e.) has been discovered.
uk
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
Электрохимия
Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)
spellingShingle Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)
Джамбек, О.А.
Джамбек, О.І.
Макордей, Ф.В.
Жиліна, З.І.
Ішков, Ю.В.
Электрохимия
title_short Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)
title_full Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)
title_fullStr Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)
title_full_unstemmed Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II)
title_sort електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з co (ii)
author Джамбек, О.А.
Джамбек, О.І.
Макордей, Ф.В.
Жиліна, З.І.
Ішков, Ю.В.
author_facet Джамбек, О.А.
Джамбек, О.І.
Макордей, Ф.В.
Жиліна, З.І.
Ішков, Ю.В.
topic Электрохимия
topic_facet Электрохимия
publishDate 2008
language Ukrainian
publisher Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
format Article
description Методом циклічної вольтамперометрії в лужному розчині досліджено електрохімічні та електрокаталітичні властивості 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з кобальтом (II) у складі повітряних газодифузійних електродів. Виявлено вплив різних режимів електрохімічних досліджень на I—E-криві в інтервалі потенціалів –0.4—0.7 В (о.р.е.). Методом циклической вольтамперометрии в щелочном растворе исследованы электрохимические и электрокаталитические свойства 5,10,15,20-тетра-(4-метоксифенил)-порфирина и его комплекса с кобальтом (II) в составе воздушных газодиффузионных электродов. Выявлено влияние различных режимов электрохимических исследований на I—E-кривые в интервале потенциалов –0.4—0.7 В (о.р.э.). Electrochemical and electrocatalytic behavior of 5,10,15,20-tetra-(4-methoxyphenylporphyrin and its complex with Co (II) forming part of air gas-diffusion electrodes in alkaline solution has been researched with cyclic voltammometry. Influence of various conditions of electrochemical researches on the I—E-curves at interval of potentials –0.4—0.7 V (o.m.e.) has been discovered.
issn 0041–6045
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/15195
citation_txt Електрохімічне дослідження електродів на основі 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з Co (II) / О.А. Джамбек, О.І. Джамбек, Ф.В. Макордей, З.І. Жиліна, Ю.В. Ішков // Украинский химический журнал. — 2008. — Т. 74, № 6. — С. 106-109. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
work_keys_str_mv AT džambekoa elektrohímíčnedoslídžennâelektrodívnaosnoví5101520tetra4metoksífenílporfírinutaiogokompleksuzcoii
AT džambekoí elektrohímíčnedoslídžennâelektrodívnaosnoví5101520tetra4metoksífenílporfírinutaiogokompleksuzcoii
AT makordeifv elektrohímíčnedoslídžennâelektrodívnaosnoví5101520tetra4metoksífenílporfírinutaiogokompleksuzcoii
AT žilínazí elektrohímíčnedoslídžennâelektrodívnaosnoví5101520tetra4metoksífenílporfírinutaiogokompleksuzcoii
AT íškovûv elektrohímíčnedoslídžennâelektrodívnaosnoví5101520tetra4metoksífenílporfírinutaiogokompleksuzcoii
first_indexed 2025-11-24T21:45:41Z
last_indexed 2025-11-24T21:45:41Z
_version_ 1850498490793197568
fulltext Sci. -2007. -32. -P. 876—921. 14. Castillo-Ortega H.M ., Rodriguez D.E., Eucinas J.C. et al. // Sensors Actuators B. -2002. -85. -P. 19—25. 15. Luo Y .-Ch., Do J.-Sh. // Biosens. Bioelectron. -2004. -20. -P. 15—23. 16. Jin J.-H., M in N.K., Hong Suk-in // Appl. Surf. Sci. -2006. -252. -P. 7397—7406. 17. Ковальчук Є., Срібний В., Блажейовський Є. // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. Хім. -2002. -Вип. 42. -Ч . 1. -С. 142—145. 18. Koval’chuk E.P., W hittingham M .S , Skolozdra O.M . et al. // Mater. Chem. Phys. -2001. -69. -P. 154—162. Львівський національний університет ім. Івана Франка Надійшла 25.06.2007 УДК 541.138 О.А. Джамбек, О.І. Джамбек, Ф.В. Макордей, З.І. Жиліна, Ю.В. Ішков ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОДІВ НА ОСНОВІ 5,10,15,20-ТЕТРА-(4-МЕТОКСІФЕНІЛ)-ПОРФІРИНУ ТА ЙОГО КОМПЛЕКСУ З Co (II) Методом циклічної вольтамперометрії в лужному розчині досліджено електрохімічні та електрокаталітичні властивості 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірину та його комплексу з кобальтом (II) у складі повітря- них газодифузійних електродів. Виявлено вплив різних режимів електрохімічних досліджень на I—E-криві в інтервалі потенціалів –0.4—0.7 В (о.р.е.). Високоефективні електрокаталізатори на осно- ві металоорганічних сполук є перспективними для створення металоповітряних хімічних джерел стру- му [1—4]. Перевагою таких каталізаторів є мож- ливість зміни в широкому діапазоні електронної бу- дови комплексу, що дозволить регулювати потен- ціал йонізації центрального йона поляризацію реа- генту. Важливим є встановлення загальних зако- номірностей підбору координаційних сполук пере- хідних металів для одержання електрокаталізаторів у залежності від природи центрального атома, ти- пу лігандів, різних замісників у ліганді, структурних та фізико-хімічних властивостей. Дана робота є продовженням електрохімічних досліджень повітряних (кисневих) газодифузійних електродів на основі металопорфіринів [5, 6]. Фізи- ко-хімічною основою каталітичної активності орга- нічних комплексів перехідних металів з порфірина- ми є їх здатність до координування та активації молекули кисню [7]. Для розробки катодного ма- теріалу на основі металопорфіринів важливим є і те, що вони стійкі до кислот та лугів. Об’єктами дослідження були такі сполуки: 5,10,15,20-тетра-(4-метоксіфеніл)-порфірин (ТМФП) та його комплекс з Со (II) (СоТМФП). Комплек- сну сполуку СоТМФП синтезували взаємодією ТМФП з ацетатом Со (II) у розчині диметилформ- аміду при кип’ятінні [8]. Електрокаталізатори відновлення кисню одер- жували нанесенням порфірину або його компле- ксу з Со (II) на високодисперсний носій (гідро- фобна ацетиленова сажа) з диметилформамідних розчинів. Для досліджень були виготовлені повіт- ряні газодифузійні електроди пресуванням гідро- фобізованих (15 % мас. фторопласту) активного та гідрозапорного шарів з струмовим колектором. Активний шар електродів містив до 2 мг/см2 ТМФП або СоТМФП. Умови термічної обробки електродів визначали відповідно [6]. За даними термічного аналізу встановлено, що в атмосфері повітря при 300 оС для порфірину та його комплексу з Со (II) відбуваються процеси окиснення та деструкції органічної складової, які не спостерігаються в інер- тній атмосфері до 400 оС. Тому термообробку по- вітряних електродів проводили в атмосфері азоту при 350 оС (температура спікання фторопласту) протягом 50 хв. Електрохімічне дослідження повітряних елек- тродів на основі даних електрокаталізаторів прово- дили методом циклічної вольтамперометрії на потенціостаті ПИ-50-1,1 у 7 М розчині КОН при температурі 30 оС, в напівелементі з нікелевим про- тиелектродом. Значення потенціалів наведено від- носно оксидно-ртутного електрода порівняння. Ме- тодика випробувань включала попереднє змочуван- ня активного шару електрода лужно-спиртовим розчином перед установленням в комірку та послі- довне вимірювання циклічних I—E-кривих: в ін- © О.А. Джамбек, О.І. Джамбек, Ф .В. Макордей, З.І. Жиліна, Ю .В. Ішков , 2008 106 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 6 тервалі –0.4—0.7 В до сталого ходу кривих; при змі- ні швидкості сканування, часу передокиснення та передвідновлення при 0.7 та –0.2 В, катодної і анодної поляризації, температури експерименту. Електрохімічну активність електродів для процесів електровідновлення та електроокиснення кисню оцінювали по I—E-кривим при потенціалах –0.4 та 0.7 В відповідно. Ресурсні можливості повітряних електродів у циклах вивчали в гальваностатичному режимі. Умови циклування визначались електрохімічною активністю електродів при –0.4 та 0.7 В і були та- кими. Густина струму при розряді складала 100 мА/см2 (ТМФП, СоТМФП). Заряд здійснювали в імпульсному режимі з середньою густиною струму 20 (ТМФП) і 40 мА/см2 (СоТМФП). При цьому при розряді на електроді відбувається реакція елек- тровідновлення кисню з утворенням пероксид- або гідроксил-йона, а при заряді — електроокиснення кисню з виділенням О2. На рис. 1 наведені циклічні I—E-криві для електродів на основі ацетиленової сажі, ТМФП і СоТМФП. На катодних кривих в інтервалі потен- ціалів –0.4 — –0.14 (рис. 1, криві 1,2) та –0.4 — –0.05 В (рис. 1, крива 3) відбувається електрохімічне від- новлення кисню через проміжне утворення перок- сид-йона в лужному розчині. В залежності від ти- пу каталізатора на анодній кривій спостерігають- ся максимуми різної інтенсивності. Для ацетиле- нової сажі пара максимумів в інтервалі потенціалів –0.14 — 0.6 В відповідає ступінчастому електро- хімічному окисненню НО2 –, утвореного при віднов- ленні кисню. При введенні до складу активної ма- си ТМФП процес окиснення пероксид-йона відбувається в інтервалі –0.14—0.35 В в одну стадію. Для порфіринового комплексу з Со (II) анодні мак- симуми незначні за інтенсивністю і спостерігаються лише при високих швидкостях сканування (рис. 2). Очевидно, для СоТМФП паралельно відбува- ється пряма реакція з утворенням ОН– в лужному розчині [7]. Друга пара анодних максимумів для порфіринового комплексу з Со (II) (v=100 мВ/с) в інтервалі потенціалів 0.35—0.45 В відповідає обо- ротним переходам центрального атома: Co3+↔ Co2+ [4]. Для всіх типів каталізатора при значеннях потенціалу вище 0.55 В відбувається розряд йонів гідроксилу з утворенням молекулярного кисню [9]. При зміні швидкості сканування спостерігає- ться відносне зміщення катодних і анодних макси- мумів, але значення Еred/ox (0.35, 0.57) залишаються незмінними. Зміна швидкості сканування суттєво впливає на масу пероксид-йона, утвореного при ка- тодній поляризації, яку розраховували відповідно площі під анодною кривою в інтервалі –0.14—0.35 В. Відношення кількостей електрики, які від- повідають першому анодному і катодному макси- мумам, при зміні швидкості сканування від 10 до 100 мВ/с зростають від 0.44 до 0.87 (ТМФП) і від 0.001 до 0.17 (СоТМФП). Попереднє електровідновлення показало, що для ТМФП (рис. 3) при зростанні часу експонуван- ня маса НО2 – у поровому просторі збільшується. Крива насичення пероксид-йона (рис. 3, крива 2) досягає максимуму за час експонування 500 с, що пояснюється, очевидно, встановленням рівноваги між утворенням НО2 – та його розкладом і дифу- Рис. 1. Циклічні I—E-криві (v=20 мВ/с) для електродів на основі: 1 – ацетиленової сажі; 2 – ТМФП; 3 – СоТМФП. Рис. 2. Циклічні I–E-криві для електрода на основі СоТМФП при швидкостях сканування, мВ/с : I – 10; 2 – 20; 3 – 50; 4 – 100. Рис. 3. Залежність маси НО2 – від часу експонування при Е = –0.2 В для ТМФП (1, 2) і СоТМФП (3, 4): 1, 3 – катодне відновлення О2; 2, 4 – анодне окиснення НО2 –. ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 6 107 зією в об’єм електроліту. Для електрода на основі СоТМФП кількість утвореного при катодній по- ляризації пероксид-йона незначна і не залежить від часу експонування. Електрохімічне попереднє окиснення електродів на основі порфірину та йо- го комплексу з кобальтом при 0.7 В практично не змінювало характера I—E-кривих. Для електрода на основі ТМФП зміна рівня катодної поляризації впливає на інтенсивність анодного максимуму, який відповідає окисненню НО2 –. Зіставлення кількостей електрики, які від- повідають першому анодному і катодному макси- мумам, показало, що при зростанні рівня катодної поляризації їх відношення незначно збільшується (від 0.5 до 0.6). Це пов’язано з тим, що при збіль- шенні густини катодного струму дифузія перок- сид-йона в об’єм електроліту утруднена молекула- ми активних компонентів електрохімічного проце- су. Циклічні I—E-криві для СоТМФП при зміні рівня катодної поляризації збігаються. Зміна рівня анодної поляризації не впливає на характер циклічних I—E-кривих для ТМФП та його комплексу з Со (II). Незначне підвищення ін- тенсивності першого анодного максимуму при зростанні анодної поляризації від 0.1 до 0.3 В для ТМФП пояснюється неповним розкладом НО2 – і накопиченням його в поровому просторі. Підвищення температури від 10 до 70 оС при- скорює всі процеси, які відбуваються в системі. Так, при зміні температури в даному інтервалі швид- кість електрокаталітичного відновлення кисню для електродів на основі сполук ТМФП і СоТМФП зро- стає приблизно в 2.3 і 2.6, а електрокаталітичного окиснення кисню — в 10 і 4.2 разів відповідно. Про зростання швидкості електрокаталітичного окиснення пероксид-йона для ТМФП при зміні тем- ператури від 10 до 70 оС свідчить зсув потенціалу напівхвилі на 0.24 В у негативну область і збіль- шення кута нахилу анодного максимуму. При цьо- му відношення кількостей електрики для анодного максимуму і максимуму, який минув за час експо- нування при потенціалі –0.2 В, знижується від 0.72 (10 оС) до 0.3 (60 оС). Це свідчить про зростання швидкостей як процесу дифузії пероксид-йону в об’єм електроліту, так і його каталітичного розкла- ду. Для СоТМФП, на відміну від ТМФП, перший анодний максимум спостерігається в інтервалі тем- ператур 10—30 оС. При цьому потенціал напівхви- лі зміщується також в негативну область на 0.11 В, але кут нахилу залишається незмінним. Очевидно, для СоТМФП каталітичний розклад НО2 – має перевагу над його дифузією в об’єм електроліту. Визначення ресурсних можливостей повіт- ряних електродів у гальваностатичному режимі показало, що для електродів на основі порфірину та його комплексу з Co (II) ресурсна крива прохо- дить через екстремум. Час досягнення екстремаль- ного значення (мінімальний рівень поляризації) ко- ливається від 10 циклів для електрода на основі ТМФП до 60 — для СоТМФП. При цьому шви- дкість деполяризації для електрода, на якому ре- акція електровідновлення кисню перебігає через проміжне утворення НО2 – (ТМФП), склала 1.7, а поляризації — –4.6 мВ/цикл. А для електрода на основі СоТМФП, для якого відбувається паралель- ний перебіг прямого відновлення кисню з утворен- ням гідроксил-йона, значення швидкості деполя- ризації і поляризації склали 0.6 та –3 мВ/цикл відповідно. На швидкість поляризації електродів при циклуванні впливає окиснення пероксид-йо- ном поверхні активного шару на основі сажового носія, модифікованого порфірином або його ком- плексом з Co (II). Як наслідок зростає швидкість просмоктування електроліту через каталітичний шар до межі з гідрозапорним. Після досягнення елек- тролітом межі в процес електровідновлення кис- ню включається і сажа гідрозапорного шару, на якій відбувається утворення пероксид-йона, вна- слідок чого зростає швидкість поляризації елект- рода. Після чого відбувається процес затоплення газових пор, що приводить до зниження електро- хімічних характеристик електрода. Тому чим вище стійкість каталізатора до діяння йона-окиснювача НО2 –, який утворюється при електровідновленні кисню, тим менше швидкість поляризації. Так, для електрода на основі СоТМФП електроліт також про- смоктується до межі двох шарів, але більш пові- льно. Кількість заряд–розрядних циклів при визна- ченні ресурсних можливостей електродів становить 40 (ТМФП) і 100 (СоТМФП). Результати цього дослідження показують прак- тичну можливість визначення електрохімічних ха- рактеристик органічних сполук та їх комплексів у складі повітряних газодифузійних електродів, які можуть бути використані при створенні хімічних джерел струму з повітряним або кисневим елект- родом, сенсорів. РЕЗЮМЕ. Методом циклической вольтамперомет- рии в щелочном растворе исследованы электрохими- ческие и электрокаталитические свойства 5,10,15,20-тет- ра-(4-метоксифенил)-порфирина и его комплекса с коба- льтом (II) в составе воздушных газодиффузионных элек- тродов. Выявлено влияние различных режимов элект- рохимических исследований на I—E-кривые в интерва- ле потенциалов –0.4—0.7 В (о.р.э.). 108 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 6 SUMMARY. Electrochemical and electrocatalytic be- havior of 5,10,15,20-tetra-(4-methoxyphenylporphyrin and its complex with Co (II) forming part of air gas-diffusion electrodes in alkaline solution has been researched with cyclic voltammometry. Influence of various conditions of electrochemical researches on the I—E-curves at interval of potentials –0.4—0.7 V (o.m.e.) has been discovered. 1. Пирский Ю.К, Левчук Я.Н., Рейтер Л.Г., Кублановс- кий В.С. // Укр. хим. журн. -2003. -69, № 3. -С. 77—80. 2. Прокопчук А .Л., Пирский Ю.К, Черний В.Я., Кубла- новский В.С. // Там же. -2004. -70, № 9. -С. 47—50. 3. Самолетов О.В., Базанов М .И ., Евсеев А .А ., Петров А .В. и др. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. -2004. -47, вып. 10. -С. 21—23. 4. Евсеев А .А ., Базанов М .И ., Галанин Н .Е., Петров А .В. и др. // Там же. -2004. -47, вып. 10. -С. 24—27. 5. Джамбек Г.О., Макордей Ф.В., Джамбек О.І., Джамбек О.А . // Укр. хим. журн. -2002. -68, № 7. -С. 43—46. 6. Джамбек А .А ., Джамбек О.И ., Макордей Ф.В. и др. // Там же. -2006. -72, № 2. -С. 101—104. 7. Тарасевич М .Р., Радюшкина К.А . Катализ и элек- трокатализ металлопорфиринами. -М .: Наука, 1982. -С. 79, 111. 8. Adler A .D., Longo F.R ., Kampas F., Kim J . // J. Inorg. Nucl. Chem. -1970. -32, № 7. -P. 2443—2445. 9. Базанов М .И . // Изв. вузов. Химия и хим. техно- логия. -1988. -31, вып. 6. -С. 62—67. Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова Надійшла 28.03.2007 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2008. Т. 74, № 6 109