Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов
In this theoretical study, the model electrocatalytic process with potential-dependent adsorption/desorption of electroactive species on planar electrode surface and a preceding homogeneous chemical reaction of first order in the Nernst diffusion layer is investigated. The adsorption process is desc...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/471 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543901209329664 |
|---|---|
| author | Gichan, O. I. |
| author_facet | Gichan, O. I. |
| author_sort | Gichan, O. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:04:00Z |
| description | In this theoretical study, the model electrocatalytic process with potential-dependent adsorption/desorption of electroactive species on planar electrode surface and a preceding homogeneous chemical reaction of first order in the Nernst diffusion layer is investigated. The adsorption process is described by the Frumkin isotherm. The limiting stage of the process under consideration is a preceding homogeneous chemical reaction. The purpose of the work is to obtain and analyze the analytical expressions for the concentration distributions of species taking part of a homogeneous chemical reaction of first order with different diffusion coefficients. The case of stationary conditions is considered. The chosen model system belongs to the N-NDR type of system. The system’s voltammetric curve has the N-shaped form with the region of the negative differential resistance (NDR), where dynamic instabilities occur. An exact solution of a system of differential equations describing the concentration distribution in the Nernst diffusion layer was obtained. The dependencs of electrode surface stationary concentrations on the coverage by adsorbate q were obtained. The functions of concentration gradients of reactive species depending on a distance to electrode surface and the parameter q were analyzed. It was shown that the function of concentration distribution for electroactive species changes sharply on inner side of the Nernst diffusion layer. In contrast to this, the function of concentration distribution for non-electroactive species changes smoothly and reaches its greatest value on outer side of the Nernst diffusion layer. The curves of the dependencs of electrode surface stationary concentrations for electroactive and for non-electroactive species on the parameter q as well as the system’s voltammetric curve have N-shaped form. But in this case the maxima of the curves correspond to low values of q and their minima correspond to high values of q. The value of the concentration gradient of electroactive particles reaches its maximum value on inner side of the Nernst diffusion layer. In contrast to this, the concentration gradient of non-electroactive particles turns to zero in this area and reaches its maximum value on outer side of the Nernst diffusion layer. The obtained results can be applied for a better understanding of the non-linear behavior of non-equilibrium system. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:20Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-471 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:54Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4712022-06-29T10:04:00Z Peculiarities of the concentration distribution in the near-electrode layer in a course of homogeneous chemical reaction of the first order in a model electrocatalytic process under steady-state conditions Особенности распределения концентраций в приповерхностном слое в ходе гомогенной химической реакции первого порядка в модельном электрокаталитическом процессе при стационарных условиях Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов Gichan, O. I. concentration distribution first order homogeneous chemical reaction Nernst diffusion layer diffusion coefficient model N-NDR system распределение концентраций гомогенная химическая реакция первого порядка диффузионный слой Нернста коэффициент диффузии модельная N-NDR система розподіл концентрацій гомогенна хімічна реакція першого порядку дифузійний шар Нернста коефіцієнт дифузії модельна N-NDR система In this theoretical study, the model electrocatalytic process with potential-dependent adsorption/desorption of electroactive species on planar electrode surface and a preceding homogeneous chemical reaction of first order in the Nernst diffusion layer is investigated. The adsorption process is described by the Frumkin isotherm. The limiting stage of the process under consideration is a preceding homogeneous chemical reaction. The purpose of the work is to obtain and analyze the analytical expressions for the concentration distributions of species taking part of a homogeneous chemical reaction of first order with different diffusion coefficients. The case of stationary conditions is considered. The chosen model system belongs to the N-NDR type of system. The system’s voltammetric curve has the N-shaped form with the region of the negative differential resistance (NDR), where dynamic instabilities occur. An exact solution of a system of differential equations describing the concentration distribution in the Nernst diffusion layer was obtained. The dependencs of electrode surface stationary concentrations on the coverage by adsorbate q were obtained. The functions of concentration gradients of reactive species depending on a distance to electrode surface and the parameter q were analyzed. It was shown that the function of concentration distribution for electroactive species changes sharply on inner side of the Nernst diffusion layer. In contrast to this, the function of concentration distribution for non-electroactive species changes smoothly and reaches its greatest value on outer side of the Nernst diffusion layer. The curves of the dependencs of electrode surface stationary concentrations for electroactive and for non-electroactive species on the parameter q as well as the system’s voltammetric curve have N-shaped form. But in this case the maxima of the curves correspond to low values of q and their minima correspond to high values of q. The value of the concentration gradient of electroactive particles reaches its maximum value on inner side of the Nernst diffusion layer. In contrast to this, the concentration gradient of non-electroactive particles turns to zero in this area and reaches its maximum value on outer side of the Nernst diffusion layer. The obtained results can be applied for a better understanding of the non-linear behavior of non-equilibrium system. В данной теоретической роботе исследуется модельный электрокаталитический процесс с потенциалозависимости адсорбцией/десорбцией электроактивных частиц на поверхности плоского электрода и предшествующей гомогенной химической реакцией первого порядка в диффузионном слое Нернста. Адсорбционный процесс описывается изотермой Фрумкина. Лимитирующей стадией рассматриваемого процесса является предшествующая гомогенная химическая реакция. Цель роботы заключается в получении и анализе аналитических выражений для распределения концентраций частиц, которые участвуют в гомогенной химической реакции первого порядка и имеют разные коэффициенты диффузии. Рассматривается случай стационарных условий. Выбранная модельная система принадлежит к N-NDR типу. Ее вольт-амперная кривая имеет N-образную форму с областью негативного дифференциального сопротивления (NDR), где возникают динамические неустойчивости. Получено точное решение системы дифференциальных уравнений, которое описывает распределения концентраций в диффузионном слое Нернста. Получены зависимости стационарных концентраций на поверхности электрода от степени покрытия электродной поверхности адсорбатом q. Проанализированы функции градиентов концентраций реагирующих частиц от расстояния до поверхности электрода и параметра q. В работе было показано, что функция распределения концентраций для электроактивных частиц резко изменяется на внутренней границе диффузионного слоя Нернста. В противоположность этому, функция распределения концентраций для неэлектроактивных частиц изменяется плавно и достигает своих наивысших значений на внешней границе слоя Нернста. Зависимости стационарных концентраций на поверхности электрода для электроактивных и неэлектроактивных частиц от параметра q имеют, как и вольт-амперная кривая рассматриваемого процесса, N-образную форму. Однако в данном случае максимуму кривых отвечают низкие значения q, а их минимуму - высокие значения q. Значение градиента концентраций электроактивных частиц наибольшее на внутренней границе диффузионного слоя Нернста. В противоположность этому, градиент концентраций неэлектроактивных частиц стремится к нулю в этой области и достигает наибольших значений на внешней границе этого слоя. Полученные результаты помогут в понимании нелинейного поведения неравновесной системы. У даній теоретичній роботі досліджується модельний електрокаталітичний процес з потенціалозалежною адсорбцією/десорбцією електроактивних частинок на поверхні плаского електрода і попередньою гомогенною хімічною реакцією першого порядку у дифузійному шарі Нернста. Адсорбційний процес описується ізотермою Фрумкіна. Лімітуючою стадією розглядуваного процесу є попередня гомогенна хімічна реакція. Метою роботи є отримання і аналіз аналітичних виразів для розподілу концентрацій частинок, які беруть участь у гомогенній хімічній реакції першого порядку і мають різні коефіцієнти дифузії. Розглядається випадок стаціонарних умов. Вибрана модельна система належить до N-NDR типу. Її вольт-амперна крива має N-подібну форму з областю негативного диференційного опору (NDR), де виникають динамічні нестійкості. Отримано точний розв’язок системи диференційних рівнянь, який описує розподіл концентрацій у дифузійному шарі Нернста. Отримані залежності стаціонарних концентрацій на поверхні електрода від ступеня покриття електродної поверхні адсорбатом q. Проаналізовані функції градієнтів концентрацій реагуючих частинок від відстані до поверхні електрода та параметра q. У роботі було показано, що функція розподілу концентрації для електроактивних частинок різко змінюється на внутрішній границі дифузійного шару Нернста. На противагу цьому, функція розподілу концентрації для неелектроактивних частинок змінюється плавно і досягає своїх найбільших значень на зовнішній межі шару Нернста. Залежності стаціонарних концентрацій на поверхні електрода для електроактивних і неелектроактивних частинок від параметра ? мають, як і вольт-амперна крива розглядуваного процесу, N-подібну форму. Проте у даному випадку максимуму кривих відповідають низькі значення q, а їх мінімуму - високі значення q. Значення градієнта концентрації електроактивних частинок є найбільшим на внутрішній границі дифузійного шару Нернста. На противагу цьому, градієнт концентрації неелектроактивних частинок прямує до нуля у цій області і досягає найбільших значень на зовнішній межі цього шару. Отримані результати допоможуть у розумінні нелінійної поведінки нерівноважної системи. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2018-08-23 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/471 10.15407/hftp09.03.251 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 9 No. 3 (2018): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 251-262 Химия, физика и технология поверхности; Том 9 № 3 (2018): Химия, физика и технология поверхности; 251-262 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 9 № 3 (2018): Хімія, фізика та технологія поверхні; 251-262 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp09.03 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/471/471 Copyright (c) 2018 O. I. Gichan |
| spellingShingle | розподіл концентрацій гомогенна хімічна реакція першого порядку дифузійний шар Нернста коефіцієнт дифузії модельна N-NDR система Gichan, O. I. Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов |
| title | Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов |
| title_alt | Peculiarities of the concentration distribution in the near-electrode layer in a course of homogeneous chemical reaction of the first order in a model electrocatalytic process under steady-state conditions Особенности распределения концентраций в приповерхностном слое в ходе гомогенной химической реакции первого порядка в модельном электрокаталитическом процессе при стационарных условиях |
| title_full | Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов |
| title_fullStr | Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов |
| title_full_unstemmed | Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов |
| title_short | Особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов |
| title_sort | особливості розподілу концентрацій у приповерхневому шарі при перебігу гомогенної хімічної реакції першого порядку в модельному електрокаталітичному процесі за стаціонарних умов |
| topic | розподіл концентрацій гомогенна хімічна реакція першого порядку дифузійний шар Нернста коефіцієнт дифузії модельна N-NDR система |
| topic_facet | concentration distribution first order homogeneous chemical reaction Nernst diffusion layer diffusion coefficient model N-NDR system распределение концентраций гомогенная химическая реакция первого порядка диффузионный слой Нернста коэффициент диффузии модельная N-NDR система розподіл концентрацій гомогенна хімічна реакція першого порядку дифузійний шар Нернста коефіцієнт дифузії модельна N-NDR система |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/471 |
| work_keys_str_mv | AT gichanoi peculiaritiesoftheconcentrationdistributioninthenearelectrodelayerinacourseofhomogeneouschemicalreactionofthefirstorderinamodelelectrocatalyticprocessundersteadystateconditions AT gichanoi osobennostiraspredeleniâkoncentracijvpripoverhnostnomsloevhodegomogennojhimičeskojreakciipervogoporâdkavmodelʹnomélektrokatalitičeskomprocessepristacionarnyhusloviâh AT gichanoi osoblivostírozpodílukoncentracíjupripoverhnevomušarípriperebígugomogennoíhímíčnoíreakcííperšogoporâdkuvmodelʹnomuelektrokatalítičnomuprocesízastacíonarnihumov |