Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt
Исследована фотоэлектрохимическая система, содержащая GaAs-электрод, модифицированный Zn и Pt, и катод на основе сплавов LaNi₅ и LaNi₂.₅Co₂.₅, используемый для накопления продукта фотоэлектрохимической реакции — водорода. Показано, что такая система является перспективной для преобразования солнечно...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Datum: | 2006 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2006
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185096 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt / И.А. Русецкий, Г.Я. Колбасов, Д.Б. Данько, Ю.М. Солонин, Л.Г. Щербакова, И.A. Косско // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 62-64. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859586144439631872 |
|---|---|
| author | Русецкий, И.А. Колбасов, Г.Я. Данько, Д.Б. Солонин, Ю.М. Щербакова, Л.Г. Косско, И.A. |
| author_facet | Русецкий, И.А. Колбасов, Г.Я. Данько, Д.Б. Солонин, Ю.М. Щербакова, Л.Г. Косско, И.A. |
| citation_txt | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt / И.А. Русецкий, Г.Я. Колбасов, Д.Б. Данько, Ю.М. Солонин, Л.Г. Щербакова, И.A. Косско // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 62-64. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | Исследована фотоэлектрохимическая система, содержащая GaAs-электрод, модифицированный Zn и Pt, и катод на основе сплавов LaNi₅ и LaNi₂.₅Co₂.₅, используемый для накопления продукта фотоэлектрохимической реакции — водорода. Показано, что такая система является перспективной для преобразования солнечной энергии.
Досліджено ефективність перетворення сонячної енергії в фотоелектрохімічній системі, що містить модифікований Zn і Pt GaAs-фотоанод та катод на основі сплавів LaNi₅ і LaNi₂.₅Co₂.₅, який використовується для накопичення продукту фотоелектрохімічної реакції — водню. Показано, що така система дозволяє підвищити ефективність фотоперетворення та накопичення водню, при цьому найбільш переважним є використання катода на основі сплаву LaNi₂.₅Co₂.₅, який має більш анодний рівноважний потенціал та більшу ентальпію гідридоутворення, ніж у сплаві LaNi₅.
The effeciency of solar energy conversion in an electrochemical system containing modified Zn and Pt GaAs-photoanode and the cathode on the basis of LaNi₅ and LaNi₂.₅Co₂.₅ alloys used for accumulation of a product of an photoelectrochemical reaction — hydrogen is investigated. It is shown, that the photoelectrochemical system allows to increase efficiency of photoconversion and accumulation of hydrogen, thus applicat ion of the cathode is more preferable on the basis of LaNi₂.₅Co₂.₅ alloy having more anodic equilibrium potential and more enthalpy of hydrides formation than for LaNi₅ alloy.
|
| first_indexed | 2025-11-27T10:45:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК : 544.52 : 541.138 : 621.352
И.А. Русецкий, Г.Я. Колбасов, Д.Б. Данько, Ю.М. Солонин, Л.Г. Щербакова, И.A. Koсскo
ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА GаAs-ЭЛЕКТРОДА,
МОДИФИЦИРОВАННОГО Zn И Pt
Исследована фотоэлектрохимическая система , содержащая GaAs-электрод, модифицированный Zn и Pt ,
и катод на основе сплавов LaNi5 и LaNi2.5Co2.5, используемый для накопления продукта фотоэлектро-
химической реакции — водорода. Показано , что такая система является перспективной для преобразова-
ния солнечной энергии.
В фотоэлектрохимических системах для пре-
образования солнечной энергии может быть ис-
пользован полупроводниковый GaAs-электрод,
имеющий высокую фоточувствительность в види-
мой области спектра. Для повышения эффектив-
ности преобразования солнечного света поверх-
ность GaAs модифицировали Zn и Pt. Полу-
проводник модифицировали Zn путем химичес-
кой обработки его поверхности в растворе, содер-
жащем 1 моль/л ZnCl2. Частицы Pt наносили на
поверхность GaAs из раствора платинохлорис-
товодородной кислоты катодным электроосаж-
дением. Использовали также метод нанесения
частиц платины на GaAs-электрод без внешнего
смещения. Для этого поверхность GaAs-электро-
да освещалась сфокусированным светом от лам-
пы накаливания мощностью 60 мВт/см2 в течение
1 мин. Исследовалась эффективность преобразо-
вания солнечной энергии в фотоэлектрохимиче-
ской системе, содержащей GaAs-фотоанод элек-
тронного типа проводимости и металлгидрид-
ный катод (МН ) на основе сплавов LaNi5 и
LaNi2.5Co2.5, используемых для накопления про-
дукта фотоэлектрохимической реакции
— водорода. Анодное и катодное прост-
ранства были разделены катионообмен-
ной мембраной [1, 2], при этом для уве-
личения фотокоррозионной стойкости
GaAs-электрод помещали в полисуль-
фидный раствор, в то время как для МН -
электрода использовали 30 % КОН .
Для определения влияния ионов Zn2+
на потенциал поверхности GaAs иссле-
довали зависимости высокочастотной
(f = 20 кГц) дифференциальной eмкости
электрода С от потенциала Е (рис. 1), из
которых определяли величину потенциа-
ла плоских зон GaAs Епз [3]. Величина Епз
увеличивалась в катодную область потен-
циалов с ростом концентрации Zn2+-ио-
нов и составляла ∆Епз=120 ± 10 мВ при
изменении последней на порядок. Модифициро-
вание GaAs в растворе, содержащем ионы Zn2+,
приводило к росту э.д.с. холостого хода Vхх ис-
следуемой фотоэлектрохимической системы на
50—60 мВ в полисульфидном растворе. Модифи-
цирование поверхности GaAs-электрода ионами
Zn2+ приводило к понижению низкочастотной
емкости электрода, что свидетельствует об изме-
нении плотности поверхностных электронных
состояний (ПЭС) [1]. Увеличение величины Епз в
катодную область после модифицирования Zn2+
можно связать с химическим взаимодействием ио-
нов Zn2+ с поверхностью GaAs и изменением со-
става поверхностного оксидного слоя, в результа-
те чего изменяется поверхностный диполь [3].
Наличие Pt на поверхности GaAs было под-
тверждено методом Оже-спектроскопии. Из рис.
1 следует, что на поверхности GaAs, кроме Pt,
появляются также примеси, которые сопровож-
дают осаждение платины (C, N, O). Исследования
поверхности GaAs с помощью просвечивающего
электронного микроскопа ЭМ-200 в режиме мик-
родифракции показали, что значение межплос-
© И .А. Русецкий, Г.Я . Колбасов, Д.Б . Данько, Ю .М . Солонин, Л.Г. Щербакова, И .A. Koсскo , 2006
Рис. 1. Зависимость обратного квадрата дифференциальной
емкости С–2 от потенциала Е GaAs-электрода в 1 н. KCl (1);
1 н. KCl + 0.1 М ZnCl2 (2) и 1 н. KCl + 1 М ZnCl2 (3); f = 20 кГц.
Потенциал приведен относительно х.с.э. На вставке показаны
Оже-спектры поверхности GaAs, модифицированной Pt.
62 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 1
костного расстояния d составляло 0.203 нм для
(200) плоскостей Pt. Используя значение d, опре-
делили постоянную решетки платины на поверх-
ности GaAs: а=2d=0.406 нм. Это значение нес-
колько больше приводимого в работе [4] значе-
ния а=0.392 нм для Pt. Бoльшая постоянная ре-
шетки в нашем случае может быть связана с при-
месями, которые сопровождают осаждение Pt
и могут внедряться в решетку, а также с хими-
ческим взаимодействием осажденной Pt с поверх-
ностью GaAs. Применяемые нами методики осаж-
дения частиц Pt на поверхность GaAs позволили
получить наночастицы размером 5—10 нм [2, 5].
В результате модифицирования поверхности
GaAs-электрода Zn и Pt увеличился фактор за-
полнения вольт-амперной характеристики элек-
трода при освещении (ff) на 20—40 % и составил
0.60—0.65, что в основном связано с уменьшени-
ем скорости поверхностной рекомбинации пос-
ле модифицирования поверхности. Увеличение
ff, в свою очередь, привело к повышению к.п.д.
преобразования солнечной энергии на GaAs-
электроде в изучаемой системе с 12 до 16 %.
Фотоэлектрохимическая система, в которой
катодом является МН-электрод, способна акку-
мулировать солнечную энергию, накапливая во-
дород и получая его сразу в удобной техноло-
гической форме в виде металлгидрида. Такой ме-
тод преобразования солнечной энергии был
предложенен авторами работы [6], однако при-
менение ими широкозонного фотоанода из тита-
ната стронция, SrTiO3 (ширина запрещенной
зоны Eg=3.2 эВ) не позволило реализовать преи-
мущества такой системы для эффективного пре-
образования солнечной энергии вследствие ма-
лой эффективности используемого фотоанода. По-
этому мы исследовали возможность заряда МН-
электрода более узкозонным GaAs-фотоанодом
(Eg=1.42 эВ), эффективность фотопреобразова-
ния которого увеличивали модифицированием
поверхности Zn и Pt. О перспективности такого
подхода к созданию полупроводниковых фотоак-
кумуляторов сообщалось нами ранее [2, 7]. Кро-
ме того, в данной работе мы старались устано-
вить характеристики МН-электродов, определя-
ющие эффективность их заряда в условиях рабо-
ты фотоаккумулятора. МН-электроды получали
прессованием порошков сплавов LaNi5 и
LaNi2.5Co2.5 на никелевую сетку при давлении
125 кг/см2. Катоды имели вид таблеток диамет-
ром 8 мм и толщиной 1 мм, вес сплава в элект-
роде — 0.2 г. Определяли величину равновесного
потенциала электродов после прерывания тока
заряда [8] и разрядную емкость. Измерения про-
водили в стандартной электрохимической ячейке
с окисно-никелевым противоэлектродом.
Ранее [9] при исследовании термограмм вы-
деления водорода из этих гидридов нами было
показано, что они содержат несколько гидрид-
ных фаз, а основной максимум выделения водо-
рода смещается в сторону больших температур
при добавлении кобальта в сплав. Калоримет-
рическими исследованиями было установлено,
что с увеличением содержания кобальта значе-
ние интегральной энтальпии гидридообразова-
ния возрастает с 31.6 до 37.3 кДж/моль. При этом
происходит анодное смещение равновесного по-
тенциала с –1.10 до –1.06 В (относительно хлор-
серебряного электрода сравнения), что согласу-
ется с увеличением энтальпии [8, 9], и умень-
шается скорость саморазряда электродов. Элек-
троды с содержанием 2.5 % Co после 24 ч вы-
держки в состоянии разомкнутой цепи имели
разрядную емкость Сраз в 2—2.5 раза большую,
чем у LaNi5. Изучение вольт-амперных харак-
теристик сплавов (рис. 2) показало изменение
кинетики процесса выделения водорода: с увели-
чением содержания кобальта в сплавах процесс
ускорялся и протекал с меньшим перенапряже-
нием. Для эффективного накопления водорода
в объеме изучаемых МН-электродов фотопотен-
циал GaAs электрода при максимальной отда-
че мощности должен составлять ~ –1.1 В. Эти
значения потенциала достигались после моди-
фицирования GaAs Zn и Pt, в результате чего ре-
жим заряда МН-электродов становился близким
к оптимальному. При потенциале –1.1 В катод-
Рис. 2. Зависимость катодного тока Iкат от потенциа-
ла, полученная на электродах из LaNi2.5Co2.5 (1) и
LaNi5 (2), в 30 %-м растворе КОН . Скорость наложения
потенциала 0.08 мВ/с.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т . 72, № 1 63
ные токи на кобальтсодержащем сплаве были
в 2.7—3.0 раза выше (рис. 2, кривая 1), чем на
электродах из LaNi5 (кривая 2), то есть эффектив-
ность заряда МН-электродов на основе сплава
LaNi2.5Co2.5, имеющего более анодный равно-
весный потенциал и бoльшую энтальпию гидри-
дообразования, выше, чем исходного сплава. От-
ношение разрядной емкости к зарядной при этом
составляло 50—80 %.
Таким образом, показано, что модифициро-
ванные GaAs-фотоаноды в сочетании с МН-ка-
тодами на основе сплавов LaNi5 и LaNi2.5Co2.5
являются перспективными материалами для
преобразования энергии солнечного света, при
этом для фотоаккумулирующей системы более
предпочтителен сплав, содержащий Со.
РЕЗЮМЕ. Досліджено ефективність перетворення
сонячної енергії в фотоелектрохімічній системі, що мі-
стить модифікований Zn і Pt GaAs-фотоанод та катод
на основі сплавів LaNi5 і LaNi2.5Co2.5, який викорис-
товується для накопичення продукту фотоелектро-
хімічної реакції — водню. Показано, що така система
дозволяє підвищити ефективність фотоперетворення та
накопичення водню, при цьому найбільш переважним
є використання катода на основі сплаву LaNi2.5Co2.5,
який має більш анодний рівноважний потенціал та біль-
шу ентальпію гідридоутворення, ніж у сплаві LaNi5.
SUMMARY. The effeciency of solar energy conver-
sion in an electrochemical system containing modified
Zn and Pt GaAs-photoanode and the cathode on the
basis of LaNi5 and LaNi2.5Co2.5 alloys used for accu-
mulation of a product of an photoelectrochemical reac-
tion — hydrogen is investigated. It is shown, that the
photoelectrochemical system allows to increase efficiency
of photoconversion and accumulation of hydrogen, thus
app lica t ion of the cathode is more preferable on the
basis of LaNi2.5Co .,5 alloy having more anodic equilib-
rium potential and more enthalpy of hydrides formation
than for LaNi5 alloy.
1. Колбасов Г.Я., Городыский А .В. Процессы фото-
стимулированного переноса заряда в системе полу-
проводник—электролит. -К: Наук. думка, 1993.
2. Русецкий И.А ., Колбасов Г.Я., Данько Д.Б и др. //
Укр. хим. журн. -2004. -70, № 9–10. -С. 44—46.
3. Гуревич Ю.Я., Плесков Ю.В. Фотоэлектрохимия
полупроводников. -М .: Наука, 1983.
4. Ормонт Б.Ф. Структуры неорганических веществ.
-М .: 1950.
5. Kolbasov G.Y a., Volkov S .V ., Vorobets V.S , Rusetskii
I.A . // Abstr. 55th ISE Annual Meeting, 19–24 Septem-
ber 2004, Saloniki, Greece. I. -P. 381.
6. Akuto K., Sakurai Y .A . // J. Electrochem. Soc. -2001.
-148, № 2. -P. A121—A125.
7. Солонин Ю.М ., Колбасов Г.Я., Русецкий И.А и др.
// Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб.
наук. праць. -2004. -2, вип. 4. -С. 1275—1280.
8. Солонин Ю.М ., Коломиец Л.Л., Скороход В.В.
Сплавы–сорбенты водорода для Ni–МH-источников
тока. -Киев: Препр. АН Украины. Институт проблем
материаловедения им. И .Н. Францевича, 1993.
9. Dan’ko D.B., Shcherbakova L.G., M uratov V.B et al.
// Abstr. IX Int. Conf. "Hydrogen Materials Science
& Chemistry of Carbon Nanomaterials" (ICHMS’
2005), 5–11 September 2005, Sevastopol, Ukraine.
-P. 336—339.
Институт общей и неорганической химии Поступила 17.06.2005
им. В.И . Вернадского НАН Украины, Киев
Институт проблем материаловедения
им. И .Н . Францевича НАН Украины, Киев
УДК 541.183.12+546.273+546.831.4-36
Л.М. Рождественская, Ю.С. Дзязько, В.Н. Беляков
СЕЛЕКТИВНОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИОНОВ Ni (II) С НЕОРГАНИЧЕСКИМИ
ИОНООБМЕННИКАМИ НА ОСНОВЕ ГИДРОФОСФАТА ЦИРКОНИЯ
ИЗ РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ
Изучены процессы ионообменного равновесия для неорганических ионитов на основе гидрофосфата
циркония и органического сильнокислотного ионита Dowex-50X2. Найдено , что , в отличие от орга-
нического ионита , присутствие в растворе ионов жесткости не влияет на сорбционную активность неор-
ганического ионита по отношению к ионам Ni (II). Установлена возможность использования данного
класса ионитов для извлечения никеля из растворов сложного катионного состава при электродеиони-
зационной очистке растворов низкой концентрации.
© Л.М . Рождественская, Ю.С. Дзязько, В.Н . Беляков, 2006
64 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2006. Т. 72, № 1
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-185096 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T10:45:53Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Русецкий, И.А. Колбасов, Г.Я. Данько, Д.Б. Солонин, Ю.М. Щербакова, Л.Г. Косско, И.A. 2022-08-31T18:24:02Z 2022-08-31T18:24:02Z 2006 Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt / И.А. Русецкий, Г.Я. Колбасов, Д.Б. Данько, Ю.М. Солонин, Л.Г. Щербакова, И.A. Косско // Украинский химический журнал. — 2006. — Т. 72, № 1. — С. 62-64. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185096 544.52 : 541.138 : 621.352 Исследована фотоэлектрохимическая система, содержащая GaAs-электрод, модифицированный Zn и Pt, и катод на основе сплавов LaNi₅ и LaNi₂.₅Co₂.₅, используемый для накопления продукта фотоэлектрохимической реакции — водорода. Показано, что такая система является перспективной для преобразования солнечной энергии. Досліджено ефективність перетворення сонячної енергії в фотоелектрохімічній системі, що містить модифікований Zn і Pt GaAs-фотоанод та катод на основі сплавів LaNi₅ і LaNi₂.₅Co₂.₅, який використовується для накопичення продукту фотоелектрохімічної реакції — водню. Показано, що така система дозволяє підвищити ефективність фотоперетворення та накопичення водню, при цьому найбільш переважним є використання катода на основі сплаву LaNi₂.₅Co₂.₅, який має більш анодний рівноважний потенціал та більшу ентальпію гідридоутворення, ніж у сплаві LaNi₅. The effeciency of solar energy conversion in an electrochemical system containing modified Zn and Pt GaAs-photoanode and the cathode on the basis of LaNi₅ and LaNi₂.₅Co₂.₅ alloys used for accumulation of a product of an photoelectrochemical reaction — hydrogen is investigated. It is shown, that the photoelectrochemical system allows to increase efficiency of photoconversion and accumulation of hydrogen, thus applicat ion of the cathode is more preferable on the basis of LaNi₂.₅Co₂.₅ alloy having more anodic equilibrium potential and more enthalpy of hydrides formation than for LaNi₅ alloy. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Электрохимия Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt Фотоелектрохімічні властивості GаAs-электроду, модифікованого Zn і Pt Photoelectrochemical properties of GaAs electrode modified by Zn and Pt Article published earlier |
| spellingShingle | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt Русецкий, И.А. Колбасов, Г.Я. Данько, Д.Б. Солонин, Ю.М. Щербакова, Л.Г. Косско, И.A. Электрохимия |
| title | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt |
| title_alt | Фотоелектрохімічні властивості GаAs-электроду, модифікованого Zn і Pt Photoelectrochemical properties of GaAs electrode modified by Zn and Pt |
| title_full | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt |
| title_fullStr | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt |
| title_full_unstemmed | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt |
| title_short | Фотоэлектрохимические свойства GаAs-электрода, модифицированного Zn и Pt |
| title_sort | фотоэлектрохимические свойства gаas-электрода, модифицированного zn и pt |
| topic | Электрохимия |
| topic_facet | Электрохимия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/185096 |
| work_keys_str_mv | AT ruseckiiia fotoélektrohimičeskiesvoistvagaasélektrodamodificirovannogoznipt AT kolbasovgâ fotoélektrohimičeskiesvoistvagaasélektrodamodificirovannogoznipt AT danʹkodb fotoélektrohimičeskiesvoistvagaasélektrodamodificirovannogoznipt AT soloninûm fotoélektrohimičeskiesvoistvagaasélektrodamodificirovannogoznipt AT ŝerbakovalg fotoélektrohimičeskiesvoistvagaasélektrodamodificirovannogoznipt AT kosskoia fotoélektrohimičeskiesvoistvagaasélektrodamodificirovannogoznipt AT ruseckiiia fotoelektrohímíčnívlastivostígaasélektrodumodifíkovanogoznípt AT kolbasovgâ fotoelektrohímíčnívlastivostígaasélektrodumodifíkovanogoznípt AT danʹkodb fotoelektrohímíčnívlastivostígaasélektrodumodifíkovanogoznípt AT soloninûm fotoelektrohímíčnívlastivostígaasélektrodumodifíkovanogoznípt AT ŝerbakovalg fotoelektrohímíčnívlastivostígaasélektrodumodifíkovanogoznípt AT kosskoia fotoelektrohímíčnívlastivostígaasélektrodumodifíkovanogoznípt AT ruseckiiia photoelectrochemicalpropertiesofgaaselectrodemodifiedbyznandpt AT kolbasovgâ photoelectrochemicalpropertiesofgaaselectrodemodifiedbyznandpt AT danʹkodb photoelectrochemicalpropertiesofgaaselectrodemodifiedbyznandpt AT soloninûm photoelectrochemicalpropertiesofgaaselectrodemodifiedbyznandpt AT ŝerbakovalg photoelectrochemicalpropertiesofgaaselectrodemodifiedbyznandpt AT kosskoia photoelectrochemicalpropertiesofgaaselectrodemodifiedbyznandpt |