Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією
The goal of this study is unraveling the specific features of non-stationary surface concentration distribution of electroactive and inactive species in a model electrochemical process with a preceding homogeneous first-order chemical reaction (CE mechanism). For this purpose, the exact analytical e...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/629 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543936997228544 |
|---|---|
| author | Gichan, O. I. |
| author_facet | Gichan, O. I. |
| author_sort | Gichan, O. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-09-17T11:02:12Z |
| description | The goal of this study is unraveling the specific features of non-stationary surface concentration distribution of electroactive and inactive species in a model electrochemical process with a preceding homogeneous first-order chemical reaction (CE mechanism). For this purpose, the exact analytical expressions for the non-stationary concentration distributions of electroactive and inactive species in the thin layer attached to a planar electrode are analyzed. The both cases of equal and unequal diffusion coefficients of species taking part in the preceding chemical reaction are considered. In the former case, the exact analytical expressions for the concentration distributions of electroactive and inactive species on a planar electrode are obtained. The peculiarities of the limiting cases of zero and infinite frequency of an applied alternating current for the both cases of equal and unequal diffusion coefficients of species are discussed. It is shown that there is a phase shift between AC and the surface concentration of species that changes under the action of this current. At low frequencies, the phase angle tends to p/2, whereas at high frequencies it decreases to p/4. The phase angle is the function of the two important measures, namely, the ratio of the Nernst diffusion layer thickness to the oscillation diffusion layer thickness, and the ratio of the Nernst diffusion layer thickness to the reaction layer one. It is shown that the phase angle depends on the diffusion coefficient of species in different manner for low and high values of the rate constants of the chemical reaction. At low values of these parameters, the phase angle shifts slightly to the range of high frequencies with an increase of diffusion coefficient. At the high rate constants, the phase angle decreases with frequency more slowly, and its dependence on diffusion coefficient is observed only at middle frequencies. The surface concentration of electroactive and inactive species decreases with an increase of frequency, but for the inactive species this process is faster than that for the electroactive species. The influence of the inactive species on the surface concentration of electroactive species decreases at high frequencies and at low rate constants of the preceding chemical reaction. The results obtained shed the light on complex dynamics at an electrode/electrolyte interface under non-stationary conditions. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:39Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-629 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:26Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6292022-09-17T11:02:12Z Analytical expressions for surface concentration distribution in a model electrochemical process with a preceding chemical reaction Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією Gichan, O. I. CE mechanism concentration distribution preceding chemical reaction diffusion coefficient Nernst diffusion layer reaction layer oscillation diffusion layer rate constant СЕ механізм розподіл концентрацій попередня хімічна реакція коефіцієнт дифузії дифузійний шар Нернста реакційний шар осцилюючий дифузійний шар константа швидкості The goal of this study is unraveling the specific features of non-stationary surface concentration distribution of electroactive and inactive species in a model electrochemical process with a preceding homogeneous first-order chemical reaction (CE mechanism). For this purpose, the exact analytical expressions for the non-stationary concentration distributions of electroactive and inactive species in the thin layer attached to a planar electrode are analyzed. The both cases of equal and unequal diffusion coefficients of species taking part in the preceding chemical reaction are considered. In the former case, the exact analytical expressions for the concentration distributions of electroactive and inactive species on a planar electrode are obtained. The peculiarities of the limiting cases of zero and infinite frequency of an applied alternating current for the both cases of equal and unequal diffusion coefficients of species are discussed. It is shown that there is a phase shift between AC and the surface concentration of species that changes under the action of this current. At low frequencies, the phase angle tends to p/2, whereas at high frequencies it decreases to p/4. The phase angle is the function of the two important measures, namely, the ratio of the Nernst diffusion layer thickness to the oscillation diffusion layer thickness, and the ratio of the Nernst diffusion layer thickness to the reaction layer one. It is shown that the phase angle depends on the diffusion coefficient of species in different manner for low and high values of the rate constants of the chemical reaction. At low values of these parameters, the phase angle shifts slightly to the range of high frequencies with an increase of diffusion coefficient. At the high rate constants, the phase angle decreases with frequency more slowly, and its dependence on diffusion coefficient is observed only at middle frequencies. The surface concentration of electroactive and inactive species decreases with an increase of frequency, but for the inactive species this process is faster than that for the electroactive species. The influence of the inactive species on the surface concentration of electroactive species decreases at high frequencies and at low rate constants of the preceding chemical reaction. The results obtained shed the light on complex dynamics at an electrode/electrolyte interface under non-stationary conditions. Метою даної роботи є встановлення характерних особливостей нестаціонарного поверхневого розподілу концентрації електроактивних та неактивних частинок у модельному електрохімічному процесі з попередньою гомогенною хімічною реакцією першого порядку (CE mechanism). Для її виконання проводиться аналіз точних аналітичних виразів для нестаціонарного розподілу концентрації електроактивних та неактивних частинок у тонкому шарі біля поверхні плаского електрода. Розглядаються обидва випадки однакових та різних коефіцієнтів дифузії частинок, які беруть участь у попередній хімічній реакції. Отримано точні аналітичні вирази для розподілу концентрації електроактивних та неактивних частинок на поверхні плаского електрода. Обговорюються особливості граничних випадків, коли частота прикладеного змінного струму прямує до нуля та нескінченності. Показано, що існує зсув фаз між змінним струмом та поверхневою концентрацією частинок, яка змінюється під дією цього струму. На низьких частотах цей фазовий кут прямує до p/2, тоді як на високих частотах він зменшується до p/4. Фазовий кут є функцією двох важливих величин, а саме: відношення товщини дифузійного шару Нернста до осцилюючого дифузійного шару та відношення товщини дифузійного шару Нернста до товщини реакційного шару. Показано, що залежність фазового кута від коефіцієнтів дифузії частинок є різною для малих та високих значень констант швидкості хімічної реакції. При малих значеннях цих параметрів фазовий кут трохи зміщується у бік більших частот зі збільшенням коефіцієнта дифузії частинки. При великих константах швидкості фазовий кут зменшується з частотою повільніше і його залежність від коефіцієнта дифузії частинки спостерігається тільки на середніх частотах. Поверхнева концентрація електроактивних та неактивних частинок зменшується зі збільшенням частоти, але для неактивних частинок цей процес відбувається швидше, ніж для електроактивних частинок. Вплив неактивних частинок на поверхневу концентрацію електроактивних частинок зменшується на високих частотах та низьких константах швидкості хімічної реакції. Отримані результати допоможуть у розумінні складної динаміки на межі поділу фаз електрод/електроліт за нестаціонарних умов. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-08-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/629 10.15407/hftp13.03.239 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 13 No. 3 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 239-248 Химия, физика и технология поверхности; Том 13 № 3 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 239-248 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 13 № 3 (2022): Хімія, фізика та технологія поверхні; 239-248 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp13.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/629/642 Copyright (c) 2022 O. I. Gichan |
| spellingShingle | СЕ механізм розподіл концентрацій попередня хімічна реакція коефіцієнт дифузії дифузійний шар Нернста реакційний шар осцилюючий дифузійний шар константа швидкості Gichan, O. I. Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією |
| title | Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією |
| title_alt | Analytical expressions for surface concentration distribution in a model electrochemical process with a preceding chemical reaction |
| title_full | Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією |
| title_fullStr | Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією |
| title_full_unstemmed | Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією |
| title_short | Аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією |
| title_sort | аналітичні вирази для поверхневого розподілу концентрації в модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією |
| topic | СЕ механізм розподіл концентрацій попередня хімічна реакція коефіцієнт дифузії дифузійний шар Нернста реакційний шар осцилюючий дифузійний шар константа швидкості |
| topic_facet | CE mechanism concentration distribution preceding chemical reaction diffusion coefficient Nernst diffusion layer reaction layer oscillation diffusion layer rate constant СЕ механізм розподіл концентрацій попередня хімічна реакція коефіцієнт дифузії дифузійний шар Нернста реакційний шар осцилюючий дифузійний шар константа швидкості |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/629 |
| work_keys_str_mv | AT gichanoi analyticalexpressionsforsurfaceconcentrationdistributioninamodelelectrochemicalprocesswithaprecedingchemicalreaction AT gichanoi analítičnívirazidlâpoverhnevogorozpodílukoncentracíívmodelʹnomuelektrohímíčnomuprocesízpoperednʹoûhímíčnoûreakcíêû |