Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства
Установлена возможность получения электрохимическим методом композита на основе оксидных соединений хрома и кобальта. Определены его состав и свойства: каталитическая активность, общая проводимость и ее составляющие. Композит, как и его составляющие — оксидные соединения хрома и кобальта, является г...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49791 |
| 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: | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства / Н.Д. Иванова, Е.И. Болдырев, Е.В. Шмаров, О.А. Стадник, Д.А. Климчук, Н.Н. Щербатюк // Доп. НАН України. — 2012. — № 5. — С. 134-138. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860008947257180160 |
|---|---|
| author | Иванова, Н.Д. Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Стадник, О.А. Климчук, Д.А. Щербатюк, Н.Н. |
| author_facet | Иванова, Н.Д. Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Стадник, О.А. Климчук, Д.А. Щербатюк, Н.Н. |
| citation_txt | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства / Н.Д. Иванова, Е.И. Болдырев, Е.В. Шмаров, О.А. Стадник, Д.А. Климчук, Н.Н. Щербатюк // Доп. НАН України. — 2012. — № 5. — С. 134-138. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Установлена возможность получения электрохимическим методом композита на основе оксидных соединений хрома и кобальта. Определены его состав и свойства: каталитическая активность, общая проводимость и ее составляющие. Композит, как и его составляющие — оксидные соединения хрома и кобальта, является гидратированным. Наличие в составе композита оксидного соединения кобальта приводит к синергетическому эффекту каталитической активности, благодаря чему значительно увеличивается скорость электрохимического процесса в твердой фазе. Это имеет большое значение для электрохимических процессов, которые происходят в химическом источнике тока, где этот композит может служить катодным материалом.
Встановлено можливість отримання електрохімічним методом композита на основі оксидних сполук хрому та кобальту. Визначено його склад і властивості: каталітична активність, загальна провідність та її складові. Композит, як і його складові — оксидні сполуки хрому та кобальту, — є гідратованим. Наявність у складі композита оксидної сполуки кобальту призводить до синергетичного ефекту каталітичної активності, завдяки чому значно збільшується швидкість електрохімічного процесу в твердій фазі. Це має велике значення для електрохімічних процесів, що відбуваються в хімічному джерелі струму, в якому композит може слугувати катодним матеріалом.
The possibility of obtaining the composite based on oxide compounds of chromium and cobalt with the help of the electrochemical method is established. Its composition and properties such as the catalytic activity, the total conductivity, and its components are defined. The composite, as well as its components (oxide compounds of chromium and cobalt), are hydrated. The presence of the cobalt compound oxide in the composite leads to the synergetic effect of catalytic activity, thus significantly increasing the speed of electrochemical processes that occur in chemical power sources, in which the composite may be used as a cathode material.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:41:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 541.135+138.3
© 2012
Н.Д. Иванова, Е.И. Болдырев, Е. В. Шмаров, О. А. Стадник,
Д.А. Климчук, Н. Н. Щербатюк
Наноструктурный композит на основе оксидных
соединений хрома и кобальта: синтез и свойства
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины А.А. Омельчуком)
Установлена возможность получения электрохимическим методом композита на осно-
ве оксидных соединений хрома и кобальта. Определены его состав и свойства: катали-
тическая активность, общая проводимость и ее составляющие. Композит, как и его
составляющие — оксидные соединения хрома и кобальта, является гидратированным.
Наличие в составе композита оксидного соединения кобальта приводит к синергети-
ческому эффекту каталитической активности, благодаря чему значительно увеличи-
вается скорость электрохимического процесса в твердой фазе. Это имеет большое зна-
чение для электрохимических процессов, которые происходят в химическом источнике
тока, где этот композит может служить катодным материалом.
Получение наноструктурных композиционных материалов является одним из приоритет-
ных направлений развития науки и промышленности. Эти наноматериалы обладают уни-
кальными физическими, электрохимическими и каталитическими свойствами, решают про-
блемы адгезии к основе. Рассматриваемый вопрос является актуальным и в случае полу-
чения тонких пленок оксидных материалов в качестве катодных материалов в химических
источниках тока (ХИТ). Предполагая, что наноразмерный композитный материал на осно-
ве оксидных соединений хрома и кобальта должен обладать большой электропроводностью
и хорошей адгезией к основе по сравнению с индивидуальным оксидным соединением ко-
бальта [1], был разработан электрохимический одностадийный метод получения композит-
ного соединения на основе оксидных соединений хрома и кобальта.
Целью работы является получение нового композитного материала из водных растворов
на основе хромовой матрицы и изучение его свойств. Хорошая адгезия покрытия к основе —
нержавеющей стали — обеспечивается самой хромовой матрицей, а каталитическая актив-
ность композита увеличивается благодаря содержанию каталитически активного оксида
кобальта.
Композитное соединение на основе оксидных соединений хрома и кобальта получали
в одну стадию электролизом из водных растворов. Состав электролита, г · л−1:
CrO3 — 300,
HF — 0,2–0,4,
CoCO3 — 0,01–0,03.
Для того чтобы не вводить в водный электролит посторонних лигандов (кроме F−,
вводимого в виде фтористоводородной кислоты), использовали углекислую соль кобальта,
анион которой удалялся из раствора в виде диоксида углерода. Карбонат кобальта готовили
по методике, описанной в [2].
Условия электролиза: температура электролита 18–25 ◦С, катодная плотность тока
25 А ·дм−2. Материалом катода служила стальная пластина марки 1Х18Н10Т. После элект-
134 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №5
Рис. 1. Оптимизация условий получения композита на основе оксидных соединений хрома и кобальта
ролиза полученный осадок тщательно промывали дистиллированной водой, высушивали
на воздухе и механически отделяли от катода.
Микроскопические исследования композита проводили на трансмиссионном микроскопе
JEOL jet-100 cx-ii.
Содержание хрома и кобальта в исследуемом композите определяли атомно-абсорбци-
онным методом. Термогравиметрический анализ был выполнен на оборудовании “МОМ-Бу-
дапешт” с Al2O3-эталоном. Навеска составляла 145 мг, скорость нагрева 5 ◦С ·мин−1, темпе-
ратурный интервал 18–600 ◦С. Чувствительность гальванометров ДТГ — 1/10, ДТА — 1/3.
ИК спектроскопическое исследование оксидных соединений хрома и кобальта выполня-
ли на Фурье-спектрофотометре ФСМ-1201 в области 500–4000 см−1.
Каталитическую активность исследуемых образцов оценивали по величине скорости
процесса разложения пероксида водорода [3]. Величину ионной составляющей проводимос-
ти определяли по методике, описанной в cтатье [4].
Результаты определения оптимальных условий электролиза и состава электролита, обес-
печивающие максимальную скорость осаждения исследуемого композита, иллюстрирует
рис. 1.
Согласно данным электронной микроскопии, полученный композитный материал
является наноструктурным: как видно из микрофотографий, размер частиц равен ∼20–
50 нм (рис. 2).
Состав индивидуальных оксидных соединений хрома и кобальта, а также композитно-
го соединения на их основе, полученного электрохимическим методом из водных фто-
ридсодержащих электролитов, представлен в табл. 1. По данным атомно-абсорбционного
анализа, содержание хрома в композите составляет 60–85%, кобальта — 2,2–6,0% в за-
висимости от концентрации фторид-иона в электролите. Как показали термогравиметри-
Таблица 1
Соединение
Концентрация
лиганда
в электролите, г · л−1
Весовое содержание компонентов в соединении, %
Металл
Кислород ОН− Вода
Cr Co
Оксидное:
кобальта 0,05–0,60 — 70,0–73,5 16–19 2–5 6,5–7,0
хрома 0,10–0,40 68–71 — 19–20 5–6 4–5
Композитное 0,10–0,30 60–85 2,2–6,0 4–24 4–6 6–10
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №5 135
Рис. 2. Микрофотографии композита на основе оксидных соединений хрома и кобальта: а — отдельные
частицы; б — общий вид
Рис. 3. Разрядная характеристика тонкослойного импульсного ХИТ с различными катодными материалами:
1 — композитный материал; 2 — оксидное соединение хрома
ческие исследования, композит и его индивидуальные оксидные соединения [1] являются
оводненными. Общее количество воды и ОН−-групп оценивали, исходя из потери веса
в температурном интервале 18–600 ◦С. На термограмме образца композитного материа-
ла (рис. 3) наблюдается три эндоэффекта: первый при 100–160 ◦С связан с потерей во-
ды; второй в диапазоне температур 260–310 ◦С связан с окончательным удалением остат-
ков воды. Дальнейшее нагревание образца приводит к появлению эндоэффекта в темпе-
ратурном интервале 370–400 ◦С, что можно объяснить полным удалением гидроксидных
групп.
Таким образом, общая потеря массы составляет 9%, из которых 3% соответствуют поте-
ре воды и 4–6% — ОН−-группам. Последующее увеличение температуры приводит к появ-
лению экзоэффекта при 500 ◦С и увеличению веса образца. Этот эффект обусловлен окис-
лением исследуемого композитного соединения воздухом и преобразованием его кристал-
лической структуры. Учитывая незначительное количество оксидных соединений кобальта
в составе композита, содержание ОН−-групп определяется хромовой матрицей и практи-
чески соответствует данным для индивидуального оксида хрома.
136 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №5
Данные ИК-спектров композитного материала согласуются с результатами термогра-
виметрии. Их анализ показал наличие молекул воды и гидроксогрупп, имеющих разли-
чную природу связи. Широкая интенсивная полоса поглощения в области 3400–2800 см−1
соответствует υH2 (OH) кристаллизационной и химически связанным молекулам воды со-
ответственно. Полосы поглощения при 1600 см−1 соответствуют деформационным коле-
баниям ОН−-групп химически связанных молекул воды. О наличии гидроксидных групп
можно судить по полосе поглощения деформационных колебаний ниже 1200 см−1 (на
наших спектрах эта полоса наблюдается при 1080 см−1). В низкочастотной области
колебаний проявляются полосы, характерные для связи металл — кислород при 660–
500 см−1.
Наличие гидроксогрупп в составе соединения характеризует степень отклонения состава
от стехиометрии, что зависит от концентрации атомных дефектов [5]. На примере состав-
ляющих композита — оксидных соединений хрома и кобальта показано, что количественной
мерой каталитической активности соединения может служить ионная составляющая про-
водимости [6], которая зависит от концентрации гидроксидных групп в его составе. Исходя
из изложенного выше, можно предположить, что каталитическая активность электрохими-
чески синтезированного композита также определяется наличием ОН−-группы в составе
образца.
Табл. 2 демонстрирует величины доли ионной составляющей проводимости и каталити-
ческой активности для индивидуальных оксидных соединений кобальта и хрома, их меха-
нической смеси, аналогичной по составу электрохимически полученному композиту, и ком-
позитного материала. Как видно из данных таблицы, введение в хромовую матрицу не-
большого количества оксидных соединений кобальта (2,2–6%) приводит к существенному
увеличению каталитической активности композита по сравнению с таковой оксидных сое-
динений хрома и механической смеси индивидуальных оксидов.
Более высокие значения каталитической активности композита (при применении его
в качестве катодного материала химического источника тока) приводят к существенному
увеличению скорости массопереноса в твердой фазе и скорости протекания электрохими-
ческой реакции. Так, на рис. 3 представлены кривые разряда тонкопленочных импульсных
ХИТ с катодной массой на основе композита (1 ) и оксидных соединений хрома (2 ). Как
видно из рисунка, больший ток импульса имеет ХИТ с катодной массой на основе компо-
зитного соединения.
Таким образом, нами показана возможность электрохимического синтеза оксидного ком-
позита на основе оксидных соединений хрома и кобальта в одну стадию из водных фторид-
содержащих растворов. Композит, благодаря матрице на основе оксидных соединений хро-
ма, обладает хорошей адгезией к основе. Наличие оксида кобальта в составе композитного
Таблица 2
Соединение
Ионная составляющая
проводимости σи,
См · см−1
σи, %
Каталитическая
активность соединения,
К · 10
5, с−1
Оксидное:
кобальта (2,75–8,70) · 10−2 9,3 0,90–1,50
хрома (5,7–8,7) · 10−1 11,0 0,12–0,80
Механическая смесь оксидов (0,8–1,4) · 10−3 11,5 0,15–0,86
Композитное (4,8–5,2) · 10−3 14,5 0,34–1,30
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №5 137
соединения приводит к синергетическому эффекту каталитической активности композит-
ного материала, благодаря чему существенно увеличивается скорость электрохимической
реакции в твердой фазе.
1. Иванова Н.Д., Болдырев Е.И., Власенко Н. Е., Стадник О.А. Электрохимическое получение нано-
структурных оксидных соединений металлов // Наносистеми, наноматерiали, нанотехнологiї. – Зб.
наук. праць. – 2005. – 2, № 4. – С. 1185–1189.
2. Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. – Москва: Химия, 1974. – 173 с.
3. Маршев П.М. Практикум по физической и коллоидной химии. – Москва: Высш. шк., 1967. – 122 с.
4. Zelutska B., Ogorelek Z. Electrical condition and self-diffusion in cuprous selenide at high temperature //
J. Phys. and Chem. Solids. – 1966. – 127, No 8. – P. 957–960.
5. Somorjai G.A. Modern surface science and surface technologies: an introduction // Chem. Rev. – 1996. –
96, No 4. – P. 1223–1235.
6. Иванова Н.Д., Филатов К.В., Городыский А.В. и др. Ионная проводимость и каталитическая актив-
ность соединений // Доп. НАН України. – 1992. – № 11. – С. 136–139.
Поступило в редакцию 26.10.2011Институт общей и неорганической химии
им. В. И. Вернадского НАН Украины, Киев
Институт ботаники им. М. Г. Холодного
НАН Украины, Киев
Н.Д. Iванова, Є. I. Болдирєв, Є.В. Шмаров, О.О. Стадник,
Д.О. Климчук, М. М. Щербатюк
Наноструктурний композит на основi оксидних сполук хрому
та кобальту: синтез i властивостi
Встановлено можливiсть отримання електрохiмiчним методом композита на основi
оксидних сполук хрому та кобальту. Визначено його склад i властивостi: каталiтична
активнiсть, загальна провiднiсть та її складовi. Композит, як i його складовi — оксиднi
сполуки хрому та кобальту, — є гiдратованим. Наявнiсть у складi композита оксидної
сполуки кобальту призводить до синергетичного ефекту каталiтичної активностi, завдя-
ки чому значно збiльшується швидкiсть електрохiмiчного процесу в твердiй фазi. Це має
велике значення для електрохiмiчних процесiв, що вiдбуваються в хiмiчному джерелi стру-
му, в якому композит може слугувати катодним матерiалом.
N.D. Ivanova, Ye. I. Boldyrev, Ye. V. Shmarov, O.A. Stadnik,
D.A. Klimchuk, N.N. Shcherbatyuk
Nanostructural composite on the basis of oxide compounds of chromium
and cobalt: synthesis and properties
The possibility of obtaining the composite based on oxide compounds of chromium and cobalt with
the help of the electrochemical method is established. Its composition and properties such as the
catalytic activity, the total conductivity, and its components are defined. The composite, as well as
its components (oxide compounds of chromium and cobalt), are hydrated. The presence of the cobalt
compound oxide in the composite leads to the synergetic effect of catalytic activity, thus significantly
increasing the speed of electrochemical processes that occur in chemical power sources, in which the
composite may be used as a cathode material.
138 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №5
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49791 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:41:06Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Иванова, Н.Д. Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Стадник, О.А. Климчук, Д.А. Щербатюк, Н.Н. 2013-09-28T01:02:00Z 2013-09-28T01:02:00Z 2012 Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства / Н.Д. Иванова, Е.И. Болдырев, Е.В. Шмаров, О.А. Стадник, Д.А. Климчук, Н.Н. Щербатюк // Доп. НАН України. — 2012. — № 5. — С. 134-138. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49791 541.135+138.3 Установлена возможность получения электрохимическим методом композита на основе оксидных соединений хрома и кобальта. Определены его состав и свойства: каталитическая активность, общая проводимость и ее составляющие. Композит, как и его составляющие — оксидные соединения хрома и кобальта, является гидратированным. Наличие в составе композита оксидного соединения кобальта приводит к синергетическому эффекту каталитической активности, благодаря чему значительно увеличивается скорость электрохимического процесса в твердой фазе. Это имеет большое значение для электрохимических процессов, которые происходят в химическом источнике тока, где этот композит может служить катодным материалом. Встановлено можливість отримання електрохімічним методом композита на основі оксидних сполук хрому та кобальту. Визначено його склад і властивості: каталітична активність, загальна провідність та її складові. Композит, як і його складові — оксидні сполуки хрому та кобальту, — є гідратованим. Наявність у складі композита оксидної сполуки кобальту призводить до синергетичного ефекту каталітичної активності, завдяки чому значно збільшується швидкість електрохімічного процесу в твердій фазі. Це має велике значення для електрохімічних процесів, що відбуваються в хімічному джерелі струму, в якому композит може слугувати катодним матеріалом. The possibility of obtaining the composite based on oxide compounds of chromium and cobalt with the help of the electrochemical method is established. Its composition and properties such as the catalytic activity, the total conductivity, and its components are defined. The composite, as well as its components (oxide compounds of chromium and cobalt), are hydrated. The presence of the cobalt compound oxide in the composite leads to the synergetic effect of catalytic activity, thus significantly increasing the speed of electrochemical processes that occur in chemical power sources, in which the composite may be used as a cathode material. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Хімія Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства Наноструктурний композит на основі оксидних сполук хрому та кобальту: синтез і властивості Nanostructural composite on the basis of oxide compounds of chromium and cobalt: synthesis and properties Article published earlier |
| spellingShingle | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства Иванова, Н.Д. Болдырев, Е.И. Шмаров, Е.В. Стадник, О.А. Климчук, Д.А. Щербатюк, Н.Н. Хімія |
| title | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства |
| title_alt | Наноструктурний композит на основі оксидних сполук хрому та кобальту: синтез і властивості Nanostructural composite on the basis of oxide compounds of chromium and cobalt: synthesis and properties |
| title_full | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства |
| title_fullStr | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства |
| title_full_unstemmed | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства |
| title_short | Наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства |
| title_sort | наноструктурный композит на основе оксидных соединений хрома и кобальта: синтез и свойства |
| topic | Хімія |
| topic_facet | Хімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49791 |
| work_keys_str_mv | AT ivanovand nanostrukturnyikompozitnaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹtasintezisvoistva AT boldyrevei nanostrukturnyikompozitnaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹtasintezisvoistva AT šmarovev nanostrukturnyikompozitnaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹtasintezisvoistva AT stadnikoa nanostrukturnyikompozitnaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹtasintezisvoistva AT klimčukda nanostrukturnyikompozitnaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹtasintezisvoistva AT ŝerbatûknn nanostrukturnyikompozitnaosnoveoksidnyhsoedineniihromaikobalʹtasintezisvoistva AT ivanovand nanostrukturniikompozitnaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtusintezívlastivostí AT boldyrevei nanostrukturniikompozitnaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtusintezívlastivostí AT šmarovev nanostrukturniikompozitnaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtusintezívlastivostí AT stadnikoa nanostrukturniikompozitnaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtusintezívlastivostí AT klimčukda nanostrukturniikompozitnaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtusintezívlastivostí AT ŝerbatûknn nanostrukturniikompozitnaosnovíoksidnihspolukhromutakobalʹtusintezívlastivostí AT ivanovand nanostructuralcompositeonthebasisofoxidecompoundsofchromiumandcobaltsynthesisandproperties AT boldyrevei nanostructuralcompositeonthebasisofoxidecompoundsofchromiumandcobaltsynthesisandproperties AT šmarovev nanostructuralcompositeonthebasisofoxidecompoundsofchromiumandcobaltsynthesisandproperties AT stadnikoa nanostructuralcompositeonthebasisofoxidecompoundsofchromiumandcobaltsynthesisandproperties AT klimčukda nanostructuralcompositeonthebasisofoxidecompoundsofchromiumandcobaltsynthesisandproperties AT ŝerbatûknn nanostructuralcompositeonthebasisofoxidecompoundsofchromiumandcobaltsynthesisandproperties |