ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ
Thanks to the unique combination of physicochemical properties, metal hydrides (MH) are widely used in various fields of science and technology. High thermal, chemical and radiation resistance MH allows it to be used in nuclear industry as a material for nuclear reactors, chemical engineering, metal...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2022
|
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/410 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465802102734848 |
|---|---|
| author | Kozin, Valentin Bliznyuk, Antonina |
| author_facet | Kozin, Valentin Bliznyuk, Antonina |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Valentin Kozin",
"institution": "Vernadskii Institute of General and Inorganic Chemistry N.A.S of Ukraine, Kyiv, Palladin av., 32\/34, 03142 Ukraine"
},
{
"author": "Antonina Bliznyuk",
"institution": "V. I. Vernadskii Institute of General and Inorganic Chemistry NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Kozin, Valentin |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:48Z |
| description | Thanks to the unique combination of physicochemical properties, metal hydrides (MH) are widely used in various fields of science and technology. High thermal, chemical and radiation resistance MH allows it to be used in nuclear industry as a material for nuclear reactors, chemical engineering, metallurgy for the production and refining of metals, for the production of devices operating at elevated temperatures and in adverse conditions. Unique properties MH are widely used in hydrogen energy as hydrogen storage, in rechargeable batteries. Analysis of literature data has shown that most studies are devoted to the practical use of the unique MH ability of reversibly absorbs a large amount of hydrogen. However, the electrochemical characteristics of the electrode processes of metal hydride systems were practically not investigated.
The aim of this work is to study the processes that take place on the titanium electrode in sulfuric acid solutions, and the composition of titanium compounds that are formed. The paper presents the results of studies of the hydride formation reactions occurring on a polarized titanium cathode in aqueous solution 2 N sulfuric acid. The study was carried out using the following methods: the cyclic voltammetry and the method of x-ray phase analysis of the composition of the surface. It has been found that the reduction of hydrogen at the titanium cathode from a solution of sulfuric acid is accompanied by the formation of hydrides, which causes an increase in the overvoltage of hydrogen evolution and high values of the angular coefficients of the Tafel dependence. The kinetic parameters of this process have been calculated: the transfer coefficients α, theoretical and experimental angular coefficients btheor  and bexp , exchange currents ie, the dependence of the hydrogen overvoltage from temperature. It has been found that exchange current density of hydrogen evolution reaction in this system is close by value to the current exchange of hydrogen evolution at the noble metals Pd, Pt, Rh, Ir and are (2,70∙÷0,8)∙10-3А·sm-2 in the temperature range 298 ÷ 343 K. The value of activation energy of 19,83 kJ mol-1 indicates the diffusion control of this process. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.88.02.2022.138-146 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:44Z |
| format | Article |
| fulltext |
Фізична хімія
138 ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2
УДК 541. 13 doi: https://doi.org/10.33609/2708-129X.88.02.2022.138-146
ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ
КИСЛОТИ
В.Ф. Козін, А.В. Близнюк
Інститут загальної та неорганічної хімії імені В. І. Вернадського НАН України, просп.
Академіка Палладіна, 32/34, Київ 03142, Україна
email: bliznyuk@ionc.kiev.ua
Представлено результати досліджень поведінки титанового електроду при катодній поля-
ризації у водних розчинах 2 н. сірчаної кислоти в температурному інтервалі 298÷343 К.
Показано, що електродний процес супроводжується утворенням гідридів на поверхні ти-
танового катоду, який обумовлює збільшення перенапруги виділення водню. Визначено
кінетичні параметри процесів, які відбуваються на межі розділу фаз. Значення енергії ак-
тивації 19,83 кДж·моль
-1
даного процесу свідчить про дифузійний контроль швидкості
електродного процесу.
Ключові слова: титан, електродні процеси, гідриди, кінетичні параметри.
ВСТУП. Завдяки унікальним фізико-
хімічними властивостям металогідриди (МГ)
широко використовують в різних галузях на-
уки і техніки. Висока термічна, хімічна та
радіаційна стійкість МГ дозволяє застосову-
вати їх для виготовлення приладів, які пра-
цюють при підвищених температурах та в
несприятливих умовах: у металургії для
отримання та рафінування металів [1-3]; в
атомній промисловості в якості матеріалу
ядерних реакторів [4]; для зберігання водню
у водневій енергетиці [5, 6]; у джерелах
струму та акумуляторних батареях [7, 8].
Використання водню як легуючого
елемента має перспективу використання для
створення матеріалів різного призначення:
порошкові матеріали з високою демпфую-
чою здатністю, надпровідні сплави [9]. Такі
унікальні властивості систем метал-водень,
як утворення високої густини атомів водню у
ґратках металу, селективність поглинання
водню, зміна фізичних властивостей при на-
сиченні воднем відкривають великі можли-
вості практичного використання МГ [9, 10].
Утворення МГ протікає при прямій взаємодії
гідридоутворюючого металу з газоподібним
воднем [11], або при електролізі водних роз-
чинів електролітів [12, 13]:
2Me + хH2 ↔ 2MHx (1)
2Me + хH2O +2хе
−
→ 2MeHх + хOH
-
(2)
Взаємодія (1) передбачає фізичну адсо-
рбцію молекул водню на поверхні металу, їх
дисоціацію і перехід атомів водню в об’єм
металевої фази з утворенням твердого роз-
чину (α-фаза) і далі - гідриду (β-фаза) [7, 10].
Концентрація атомів водню у α-фазі невели-
ка і вони статистично розподілені по порож-
нинах металевої ґратки, що зберігає вихідну
структуру з невеликим збільшенням об’єму.
У цій області розчинення атомів водню в ме-
талі відбувається без істотних змін кристалі-
чних ґраток.
Взаємодія (2) характеризує головним
чином електрохімічні процеси у хімічних
джерелах струму з МГ електродами [7]. Ос-
новною перешкодою для використання в
mailto:bliznyuk@ionc.kiev.ua
В.Ф. Козін, А.В. Близнюк
ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2 139
якості МГ-електродів в акумуляторних бата-
реях таких сполук, як TiNi, Ti2Ni, LaNi5 та їх
похідних є їх невисока стійкість при елект-
рохімічному заряд-розрядному циклюванні
внаслідок деградаційних процесів, що при
цьому протікають [7].
Аналіз літературних даних [4-7, 13] по-
казав, що переважна більшість досліджень
присвячена практичному використанню вла-
стивостей низки МГ зворотно поглинати ве-
лику кількість водню, в той час, як інформа-
ція про кінетичні характеристики електрод-
них процесів в таких системах вкрай обме-
жена.
У цьому повідомленні наведено ре-
зультати досліджень утворення гідридів ти-
тану при катодній поляризації титанових
електродів у розчинах сірчаної кислоти.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ. Методом циклічної вольтам-
перометрії досліджували електрохімічну по-
ведінку титану марки ВТІ-О. у 2 н. розчині
сірчаної кислоти. Для видалення оксидних
плівок безпосередньо перед насиченням во-
днем зразки витримували протягом 20 с. в
4% спиртовому розчині плавикової кислоти.
Дослідження проводили в електрохімічній
комірці з розділеними катодним та анодним
просторами. Для запобігання проникненню
кисню в комірку використовували рідкий
галій-індієвий затвор з температурою плав-
лення 16°С. Катодний простір і електроліт
очищали від розчиненого кисню продуван-
ням високочистого аргону протягом 30 хв.
Температуру в комірці підтримували постій-
ною за допомогою термостату U-3 з точніс-
тю 0,5°С. Електроліт перемішували, викори-
стовуючи магнітну мішалку. Потенціал ти-
танового електроду (1 см
2
) вимірювали від-
носно хлор-срібного електроду порівняння
ЕВЛ-1М 3.1 в насиченому розчині KCl.
Вольтамперні дослідження виконували на
потенціостаті IPC-PRO. Швидкість розгорт-
ки потенціалу становила 20 мВ/с.
Фазовий склад поверхні титанових зра-
зків досліджували методом рентгенофазово-
го аналізу за допомогою дифрактометру
ДРОН –ЗУМ із СuКα випромінюванням
(0,15418 нм) з комп'ютерною реєстрацією
рентгенограм. Обробку даних проводили за
допомогою комп'ютерної програми Match I
Unitcell [14].
При вольтамперометричних дослі-
дженнях реєстрували прямий і зворотний хід
поляризаційних кривих на титанових елект-
родах у сірчанокислих електролітах. Типові
вольтамперограми, отримані на титанових
електродах в 2 н. розчині сірчаної кислоти
наведено на рис.1.
Рис. 1. Циклічні катодні вольтамперограми
(V=20 мВ∙с
-1
) титанового електроду в 2 н. H2SO4
при температурах (K): 1– 298; 2– 313; 3– 323; 4–
333; 5– 343 (прямий і зворотний хід позначений
стрілками).
Fig. 1. Cyclic cathode voltammograms
(V = 20 mV ∙ s
-1
) of the titanium electrode in 2 N
H2SO4 at temperatures (K): 1– 298; 2– 313; 3– 32;
4– 333; 5– 343 (forward and reverse moves are indi-
cated by arrows).
Порівняння прямого та зворотного хо-
ду вольтамперних кривих показало, що вони
Виділення водню на титановому електроді з розчину сірчаної кислоти
140 ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2
Рис. 2 Рентгенограма зразку поверхні титанового катоду після поляризації струмом густиною 1,0
А∙см
-2
в розчині 2 н. H2SO4 при температурі 333 К.
Fig.2. X-ray phase analysis data of the titanium cathode surface after polarization with a current density of
1.0 A ∙ cm
-2
in a solution of 2 N H2SO4 at the temperature of 333 K.
не збігаються. Між ними спостерігається гіс-
терезис, який, очевидно, пов'язаний з окис-
ненням гідриду титану, який утворюється
при катодній поляризації титанового катоду.
Аналіз отриманих результатів показав, що
вольтамперні характеристики титанового
електроду також суттєво залежать від темпе-
ратури.
Методами хімічного та рентгенофазо-
вого аналізу встановлено, що при катодній
поляризації титанового електроду струмом
1,0 А∙см
-2
в розчині 2 н. H2SO4 при темпера-
турі 333К на його поверхні утворюється гід-
рид титану TiH2. На рис. 2 представлена рен-
тгенограма катодної поверхні титану.
Результати досліджень показали, що гі-
дрид титану має тетрагональну кристалічну
ґратку з параметрами α = 4,397 Ǻ та с = 4,460
Ǻ. Згідно з результатами рентгенофазового
аналізу на поверхні катоду формується шар
гідриду титану TiH2 з невеликим дефіцитом
по водню. Товщина гідридного шару у всіх
розглянутих випадках не перевищує 10 мкм.
Оскільки коефіцієнт дифузії водню в гідриді
на порядок менший, ніж у титані [15-17], то
гідридний шар, що утворився, гальмує над-
ходження водню вглиб металу. Таким чином,
водень, що виділяється на поверхні титано-
вого катоду при катодній поляризації, лока-
лізується переважно в його тонкому поверх-
невому шарі.
Виділення водню на титановому елект-
роді при катодній поляризації можна пред-
ставити наступним чином. На першій стадії
відбувається оборотний процес утворення
атомарного водню :
Н2О + е
-
↔ Надс + ОН
-
, (3)
кінетика якого визначається рівнянням
Фольмера-Батлера [18, 19]
:
ikik
zF
RT
zF
RT
lg
303.2
lg
303.2
0
(4)
де z – число електронів, які приймають
участь у реакції, z =1 у даному випадку.
Друга стадія відповідає незворотній електро-
хімічній десорбції водню:
Н2О + Надс+ е
-
→ Н2 + ОН
-
, (5)
В.Ф. Козін, А.В. Близнюк
ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2 141
і описується рівнянням Гейровського [20]:
ikkkik
г
i
г
H lgbalg
F
RT303.2
lg
F
RT303.2
02
(6)
де к - постійна, яка залежить від тем-
ператури і природи металу катоду і дорівнює
перенапрузі водню при густині струму ik = 1
А∙см
-2
, bk – кутовий коефіцієнт залежності
н2 – lq ik:, г коефіцієнт переносу електронів,
які беруть участь у реакції електрохімічної
десорбції за механізмом Фольмера – Гейров-
ського [19, 20].
Для визначення кінетичних параметрів
виділення водню на титановому електроді
використовували прямий хід поляризаційних
кривих, наведених на рис.1. Як видно з ри-
сунку, стаціонарні потенціали при ik=0
близькі до рівноважних потенціалів
виділення водню із води (Ерівн = Ест). Тому
Ест були використані для розрахунку перена-
пруги виділення водню за рівнянням:
2 .H рівн iE Е (7)
де Ерівн. - рівноважний потенціал титанового
електроду, Ei - потенціал поляризованого
електроду [18].
Було виявлено, що з підвищенням тем-
ператури стаціонарний потенціал Ест титано-
вого електроду зміщується в електропозити-
вну область і приймає наступні значення,
(В): при 298К – 0,512; 313К – 0,670; 323К –
0,648; 333К – 0,658; 343К – 0,660. В таблиці
наведені значення коефіцієнтів bkексп при ik =
1,0 А∙см
-2
в інтервалі температури 298-343К.
Порівняння експериментально отриманих і
теоретичних кутових коефіцієнтів показало,
що bkексп > bkтеор. Збільшення значень bkексп у
порівнянні з теоретичними може бути обу-
мовлено тим, що процес:
H
+
+ е = H ат (8)
супроводжується утворенням як адсор-
бованого так і хемосорбованого водню:
Ti + H
+
+ е →TiНас (9)
2TiH →Ti+ TiH2 (10)
Атомарний водень, отриманий за
реакцією (8), нормальний електродний
потенціал якого становить ЕН+/Н = - 2,107 В,
має високу реакційну здатність і може при-
зводити до утворення в приелектродному
шарі дигідриду титану:
Ti(H) + Н2О + е → TiH2 + ОН
-
(11)
На рис. 3 приведено залежність пере-
напруги виділення водню на титановому
катоді від густини струму при різних темпе-
ратурах. Як видно з рисунку, величина пере-
напруги водню значною мірою залежить від
температури. З підвищенням температури
перенапруга знижується, що може свідчити
про пришвидшення реакції розряду іону во-
дню. Так, при поляризації ik = 1,0 А·см
-2
та
різних температурах перенапруга водню
складає (В): 298 K – 0,835; 313 K – 0,739;
323 K – 0,713; 333 K – 0,687; 343 K – 0,661.
Рис. 3. Залежність перенапруги виділення
водню на титановому катоді в розчині 2 н. H2SO4
від густини струму при різних температурах (K):
1– 298; 2– 313; 3– 323; 4– 333; 5– 343
Виділення водню на титановому електроді з розчину сірчаної кислоти
142 ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2
Fig. 3. The dependence of the overvoltage of
hydrogen evolution on the titanium cathode in a so-
lution of 2 N H2SO4 from current density at different
temperatures (K): 1– 298; 2– 313; 3– 323; 4– 333;
5– 343
Нахил ділянок поляризаційних кривих
в координатах рівняння Тафеля для всіх тем-
ператур практично однаковий, що вказує на
єдиний механізм виділення водню. З викори-
станням рівнянь (3), (5) та даних рис. 3 роз-
раховано кінетичні параметри катодного ви-
ділення водню на титановому електроді
(табл.).
Аналіз отриманих даних показав, що
струми обміну катодної реакції виділення
водню мають відносно великі значення
(2,70∙÷0,8)∙10
-3
А·см
-2
і співставимі зі струма-
ми обміну i на таких благородних металах,
як Pd, Pt, Rh, Ir [21].
Накопичення надлишку адсорбованого
водню на поверхні електроду пов'язано з
уповільненою стадією відведення молекуля-
рного водню від поверхні титану. Оскільки
водень є кінцевим продуктом реакції, мож-
ливі декілька шляхів його видалення з реак-
ційної зони: рекомбінація за механізмом Та-
феля, електрохімічна десорбція за Гейровсь-
ким та емісійний механізм десорбції за Фру-
мкіним [18-20].
Водень на поверхні титанового елект-
роду може утворювати низку гідридних спо-
лук різного складу: моногірид TiH, дигіриду
Ti2H2 та субгідрид Ti2H, які в свою чергу є
електокаталізаторами електролітичного ви-
ділення водню:
TiНадс+ е → TiH
-
+ Н2О→
→TiH2 + ОН
-
= Ti+H2 + ОН
-
(12)
TiНадс + Н2О+ е→ Ti+H2 + ОН
-
(13)
Важливою характеристикою даного
процесу є його енергія активації
(Еа, кДж·моль
-1
). Цей параметр визначали із
залежностей струмів обміну від температури
в координатах: lg iо –1/Т (рис.4) за рівнянням
E= tgαR∙2,303∙4,184∙10
3
, де R газова постійна,
дорівнює 1,987 кал·моль
-1
; tgα − кутовий ко-
ефіцієнт експериментальних кривих у коор-
динатах lgio 1/T; 4,184 ∙10
3
коефіцієнт пере-
рахунку калорій в Дж.
Розраховане значення енергія активації
Еа складає 19,83 кДж· моль
-1
і свідчить на
Таблиця
Кінетичні параметри катодного виділення водню на титановому електроді при прямій розгорт-
ці потенціалу в 2 н. H2SO4 в інтервалі температур 298-343 К
Kinetic parameters of hydrogen cathodic evolution on a titanium electrode with a direct sweep
potential of 2 N H2SO4 in the temperature range 298-343 K
Т, К α
bk
теор bk экс αk = ηH2 іо∙10
-3
,
А∙см
-2
ηH2, В
при
ik=1А∙см
-2
EɳH2,
кДж∙моль
B
298 0,803 0,120 0,160 0,369 2,70 0,835 29,728
313 0,586 0,126 0,159 0,391 2,512 0,739 27,879
323 0,506 0,131 0,159 0,403 1,660 0,713 27,772
333 0,495 0,134 0,158 0,418 1,269 0,687 27,707
343 0,481 0,139 0,159 0,428 0,832 0,661 27,296
В.Ф. Козін, А.В. Близнюк
ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2 143
Рис. 4. Залежність логарифму густини струму
обміну виділення водню на титановому катоді в
2 н. H2SO4 від оберненої температури.
Fig. 4. The dependence of the logarithm of the
exchange current of hydrogen evolution on the
titanium cathode in 2 N H2SO4 from the inverse
temperature.
користь дифузійного контролю швидкості
електродного процесу.
ВИСНОВКИ. Електролітичне виділен-
ня водню на титановому катоді у 2 н розчині
сірчаної кислоти в температурному інтервалі
298-343 К супроводжується утворенням гід-
ридів титану у поверхневому шарі. Визначе-
но кінетичні параметри даного процесу: ко-
ефіцієнти переносу α, значення коефіцієнту
bексп, струми обміну io, залежності перенап-
руги виділення водню від температури. Гус-
тини струмів обміну виділення водню в да-
ній системі за значенням близькі до густин
струмів обміну виділення водню на благоро-
дних металах Pd, Pt, Rh, Ir та складають
(2,70∙÷0,8)∙10
-3
А·см
-2
в температурному інте-
рвалі 298÷343 К. Значення енергії активації
19,83 кДж·моль
-1
свідчить про дифузійний
контроль даного процесу.
ПОДЯКА. Роботу виконано в рамках
проекту No 015U002222 Національної Ака-
демії Наук України.
HYDROGEN’S EVOLUTION ON TITANIUM
ELECTRODE FROM SULFURIC ACID SO-
LUTION
V.F. Kozin, A.V. Blyzniuk
Vernadsky Institute of General and Inorganic
Chemistry, National Academy of Sciences of
Ukraine, av. Akademika Palladina 32/34, Kiev,
03142 Ukraine
e-mail: bliznyuk@ionc.kiev.ua
Thanks to the unique combination of phy-
sicochemical properties, metal hydrides (MH)
are widely used in various fields of science and
technology. High thermal, chemical and radia-
tion resistance MH allows it to be used in nuc-
lear industry as a material for nuclear reactors,
chemical engineering, metallurgy for the pro-
duction and refining of metals, for the produc-
tion of devices operating at elevated tempera-
tures and in adverse conditions. Unique proper-
ties MH are widely used in hydrogen energy as
hydrogen storage, in rechargeable batteries.
Analysis of literature data has shown that most
studies are devoted to the practical use of the
unique MH ability of reversibly absorbs a large
amount of hydrogen. However, the electrochem-
ical characteristics of the electrode processes of
metal hydride systems were practically not in-
vestigated.
The aim of this work is to study the
processes that take place on the titanium elec-
trode in sulfuric acid solutions, and the compo-
sition of titanium compounds that are formed.
The paper presents the results of studies of the
hydride formation reactions occurring on a pola-
rized titanium cathode in aqueous solution 2 N
sulfuric acid. The study was carried out using
the following methods: the cyclic voltammetry
and the method of x-ray phase analysis of the
composition of the surface. It has been found
that the reduction of hydrogen at the titanium
Виділення водню на титановому електроді з розчину сірчаної кислоти
144 ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2
cathode from a solution of sulfuric acid is ac-
companied by the formation of hydrides, which
causes an increase in the overvoltage of hydro-
gen evolution and high values of the angular
coefficients of the Tafel dependence. The kinet-
ic parameters of this process have been calcu-
lated: the transfer coefficients α, theoretical and
experimental angular coefficients btheor and bexp
, exchange currents ie, the dependence of the
hydrogen overvoltage from temperature. It has
been found that exchange current density of hy-
drogen evolution reaction in this system is close
by value to the current exchange of hydrogen
evolution at the noble metals Pd, Pt, Rh, Ir and
are (2,70∙÷0,8)∙10
-3
А·sm
-2
in the temperature
range 298 ÷ 343 K. The value of activation
energy of 19,83 kJ mol
-1
indicates the diffusion
control of this process.
Keywords: titanium, electrode processes,
hydrides, kinetic parameters.
ЛІТЕРАТУРА
1. Девятых Г. Г., Зорин А., Д. Ле-
тучие неорганические гидриды особой
чистоты. М. :Наука, 1974. 207 с.
2. Електрохімічний спосіб отри-
мання гідриду германію: пат. UA № 70405
Україна: МПК (2012) С 25с 1/00 В 6/00. №
u 2011 13734; заявл.22.11.2011; опубл.
11.06. 2012; Бюл.№ 11.
3. Kudiiarov V.N., Syrtanov M.S.,
Bordulev Yu.S. et al. The hydrogen sorption
and desorption behavior in spherical powder
of pure titanium used for additive manufac-
turing International Journal of Hydrogen
Energy, 2017, 42(22). P. 15283–15289.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.24
8
4. Калин Б.А., Скоров Д.М.,
Якушин В. Л. Проблемы выбора материа-
лов для термоядерных реакторов. М.:
Энергоатомиздат, 1985, 184 с.
5. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В.
Водородная энергетика: прошлое, на-
стоящее, виды на будущее Российский
химический журнал (Журнал Российского
химического общества им. Д.И. Менде-
леева), 2006, 50(6). 14 с.
6. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В.,
Яртысь В.А. Проблема хранения водорода
и перспективы использования гидридов
для аккумулирования водорода. Россий-
ский Химический Журнал, 2006, L (6). C.
34-50
7. Петрий О.А., Левин Э.Е. Водо-
родаккумулирующие материалы в элек-
трохимических системах. Там же, 2006, L
(6). C. 115–119
8. Ершова Т.Б., Теслина М.А.,
Власова Н.М., Астапов И.А. Электродные
материалы на основе интерметаллидов
титана: получение и свойства. Электрон-
ная обработка материалов, 2016, 52(4).
C. 74–78.
9. Гельд П.В., Рябов Р.А., Мохра-
чева Л.П. Водород и физические свойства
металлов и сплавов. Гидриды переходных
металлов. М.: Наука, 1985, 232 с.
10. Петрий О.А., Гогигадзе И.Л.,
Васин С.Я. Двойной слой и адсорбция на
твердых электродах т.7. (Тез докл.) Из-во
Тартуского ун-та. Тарту, 1985, 263 с.
11. Bulychev N.A. Experimental
Studies of Process of Hydrogen Synthesis in
Plasma Discharge in a Liquid-Phase
Stream. Alternative Energy and Ecology (IS-
JAEE), 2019, (4-6). P. 46-50. (In
Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.0
4-06.046-050
12. Gary Sandrock A panoramic
overview of hydrogen storage alloys from a
gas reaction point of view. Journal of Alloys
and Compounds, 1999, 293–295(20). P. 877–
888 https://doi.org/10.1016/S0925-
8388(99)00384-9
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.248
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.248
https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.04-06.046-050
https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.04-06.046-050
https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.04-06.046-050
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9
В.Ф. Козін, А.В. Близнюк
ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2 145
13. Козин В.Ф., Близнюк А.В. Об-
разование гидридов германия при катод-
ной поляризации германат-аниона в ще-
лочных электролитах. Укр. хим. Журнал,
2015, 81(3). C. 29–35.
14. 23rd European Crystallographic
Meeting, ECM23, Leuven, 2006 Acta Cryst.
(2006).A62, s251 CCP14 (Collaborative
Computational Project for Single Crystal and
Powder Diffractio http://www.ccp14.ac.ukn)
15. Wipf H., Kappesser B., Werner
R. Hydrogen diffusion in titanium and zirco-
nium hydrides.Journal of Alloys and Com-
pounds, 2000, 310(1–2). P. 190–195
https://doi.org/10.1016/S0925-
8388(00)00945-2
16. Kaess U., Majer G., Stoll M. et
al. Hydrogen and deuterium diffusion in tita-
nium dihydrides/dideuterides. Journal of Al-
loys and Compounds, 1997, 259(1-2). P. 74–
82.
17. Stuhr U., Steinbinder D., Wipf
H., Frick B. Hydrogen Diffusion in f.c.c.
TiHx and YHx: Two distinct examples for
diffusion in a concentrated lattice gas. Euro-
physics Letters (EPL), 1992, 2(2). P. 117–
123
18. Фрумкин А.Н. Избранные тру-
ды: Электродные процессы М.: Наука,
1987. 336 с.
19. Феттер К. Электрохимическая
кинетика. М.: Химия. 1967. 856 с.
20. Фрумкин А.Н. Избранные тру-
ды: Перенапряжение водорода. М.: Наука,
1988. 240 с.
21. Хейфец В.JI, Красиков B.C.,
Ротинян А.Л. К вопросу о роли потенциа-
ла нулевого заряда в уравнениях электро-
химической кинетики. Электрохимия,
1970, 6(7). C. 916–924.
REFERENCES
1. Devyatyh G. G., Zorin A., D. Le-
tuchie neorganicheskie gidridy osoboj chisto-
ty. M. :Nauka, 1974. 207 p. (in Russian)
2. Elektrohіmіchnij sposіb otriman-
nya gіdridu germanіyu: pat. UA № 70405
Ukraїna: MPK (2012) S 25s 1/00 V 6/00. №
u 2011 13734; zayavl.22.11.2011; opubl.
11.06. 2012; Byul.№ 11.
3. Kudiiarov V. N., Syrtanov M.S.,
Bordulev Yu.S. et al. The hydrogen sorption
and desorption behavior in spherical powder
of pure titanium used for additive manufac-
turing. International Journal of Hydrogen
Energy. 2017. 42(22): 15283–15289.
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.24
8
4. Kalin B. A., Skorov D. M., Aku-
shin V. L. Problemy vybora materialov dlya
termoyadernyh reaktorov. M.: Energoato-
mizdat. 1985. 184 p. (in Russian)
5. Tarasov B. P., Lotockij M. V.
Vodorodnaya energetika: proshloe, nas-
toyashchee, vidy na budushchee Rossijskij
Himicheskij Zhurnal (Zhurnal Rossijskogo
himicheskogo obshchestva im. D.I.
Mendeleeva). 2006. 50(6): 14. (in Russian)
6. Tarasov B. P., Lotockij M. V.,
Yartys' V. A. Problema hraneniya vodoroda i
perspektivy ispol'zovaniya gidridov dlya
akkumulirovaniya vodoroda. Rossijskij
Himicheskij Zhurnal. 2006. L (6):34–50. (in
Russian)
7. Petrij O. A., Levin E. E. Vodoro-
dakkumuliruyushchie materialy v elektrohi-
micheskih sistemah. Tam zhe. 2006. L (6):
115–119. (in Russian)
8. Ershova T. B., Teslina M. A.,
Vlasova N. M., Astapov I. A. Elektrodnye
materialy na osnove intermetallidov titana:
poluchenie i svojstva. Elektronnaya obra-
botka materialov. 2016. 52(4): 74–78. (in
Russian)
9. Gel'd P. V., Ryabov R. A., Mo-
hracheva L. P. Vodorod i fizicheskie svojstva
http://www.ccp14.ac.ukn/
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)00945-2
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)00945-2
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.248
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.04.248
Виділення водню на титановому електроді з розчину сірчаної кислоти
146 ISSN 2708-129X. УКР. ХІМ. ЖУРН., 2022, т. 88, No 2
metallov i splavov. Gidridy perekhodnyh me-
tallov. M.: Nauka. 1985. 232 p. (in Russian)
10. Petrij O. A., Gogigadze I. L., Va-
sin S. YA. Dvojnoj sloj i adsorbciya na tver-
dyh elektrodah t.7 (Tez dokl.) Iz-vo Tar-
tuskogo un-ta. Tartu. 1985. p. 263. (in Rus-
sian)
11. Bulychev N.A. Experimental
Studies of Process of Hydrogen Synthesis in
Plasma Discharge in a Liquid-Phase
Stream. Alternative Energy and Ecology (IS-
JAEE). 2019. (4-6): 46–50. (In
Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.0
4-06.046-050
12. Gary Sandrock A panoramic
overview of hydrogen storage alloys from a
gas reaction point of view. Journal of Alloys
and Compounds. 1999. 293–295(20): 877–
888 https://doi.org/10.1016/S0925-
8388(99)00384-9
13. Kozin V. F., Bliznyuk A. V. Ob-
razovanie gidridov germaniya pri katodnoj
polyarizacii germanat-aniona v shchelochnyh
elektrolitah. Ukr. him. zhurnal. 2015. 81(3):
29–35.
14. 23rd European Crystallographic
Meeting, ECM23, Leuven, 2006 Acta Cryst.
(2006).A62, s251 CCP14 (Collaborative
Computational Project for Single Crystal and
Powder Diffractio http://www.ccp14.ac.ukn)
15. Wipf H., Kappesser B., Werner
R. Hydrogen diffusion in titanium and zirco-
nium hydrides. Journal of Alloys and Com-
pounds. 2000. 310(1–2): 190–195
https://doi.org/10.1016/S0925-
8388(00)00945-2
16. Kaess U., Majer G., Stoll M. et
al. Hydrogen and deuterium diffusion in tita-
nium dihydrides/dideuterides. Journal of Al-
loys and Compounds. 1997. 259(1-2): 74–
82. doi:10.1016/S0925- 8388(97)00124-2.
17. Stuhr U., Steinbinder D., Wipf
H., Frick B. Hydrogen Diffusion in f.c.c.
TiHx and YHx: Two distinct examples for
diffusion in a concentrated lattice gas. Euro-
physics Letters (EPL). 1992. 2(2):117–123
https://doi.org/10.1209/0295-5075/20/2/005
18. Frumkin A.N. Izbrannye trudy:
Elektrodnye processy M.: Nauka. 1987. 336
p.
19. Fetter K. Jelektrohimicheskaja
kinetika. M.: Himija. 1967. 856 p. (in Rus-
sian)
20. Frumkin A.N. Izbrannye trudy:
Perenaprjazhenie vodoroda. M.: Nauka.
1988. 240 p. (in Russian)
21. Hejfec V.L., Krasikov B.C., Ro-
tinyan A.L. K voprosu o roli potenciala nule-
vogo zaryada v uravneniyah elektrohimi-
cheskoj kinetiki. Elektrohimiya. 1970. 6(7):
916–924. (in Russian)
Надійшла 17.01.2022
https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.04-06.046-050
https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.04-06.046-050
https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.04-06.046-050
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00384-9
http://www.ccp14.ac.ukn/
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)00945-2
https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)00945-2
https://doi.org/10.1209/0295-5075/20/2/005
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-410 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:07:49Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/50/7b6665698097d25a48c90ae9c5c8b050.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-4102026-07-22T08:23:48Z HYDROGEN’S EVOLUTION ON TITANIUM ELECTRODE FROM SULFURIC ACID SOLUTION ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ Kozin, Valentin Bliznyuk, Antonina titanium, electrode processes, hydrides, kinetic parameters Thanks to the unique combination of physicochemical properties, metal hydrides (MH) are widely used in various fields of science and technology. High thermal, chemical and radiation resistance MH allows it to be used in nuclear industry as a material for nuclear reactors, chemical engineering, metallurgy for the production and refining of metals, for the production of devices operating at elevated temperatures and in adverse conditions. Unique properties MH are widely used in hydrogen energy as hydrogen storage, in rechargeable batteries. Analysis of literature data has shown that most studies are devoted to the practical use of the unique MH ability of reversibly absorbs a large amount of hydrogen. However, the electrochemical characteristics of the electrode processes of metal hydride systems were practically not investigated. The aim of this work is to study the processes that take place on the titanium electrode in sulfuric acid solutions, and the composition of titanium compounds that are formed. The paper presents the results of studies of the hydride formation reactions occurring on a polarized titanium cathode in aqueous solution 2 N sulfuric acid. The study was carried out using the following methods: the cyclic voltammetry and the method of x-ray phase analysis of the composition of the surface. It has been found that the reduction of hydrogen at the titanium cathode from a solution of sulfuric acid is accompanied by the formation of hydrides, which causes an increase in the overvoltage of hydrogen evolution and high values of the angular coefficients of the Tafel dependence. The kinetic parameters of this process have been calculated: the transfer coefficients α, theoretical and experimental angular coefficients btheor  and bexp , exchange currents ie, the dependence of the hydrogen overvoltage from temperature. It has been found that exchange current density of hydrogen evolution reaction in this system is close by value to the current exchange of hydrogen evolution at the noble metals Pd, Pt, Rh, Ir and are (2,70∙÷0,8)∙10-3А·sm-2 in the temperature range 298 ÷ 343 K. The value of activation energy of 19,83 kJ mol-1 indicates the diffusion control of this process. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2022-03-25 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/410 10.33609/2708-129X.88.02.2022.138-146 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 88 No. 2 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 138-146 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 88 ##issue.no## 2 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 138-146 Український хімічний журнал; Том 88 № 2 (2022): Український хімічний журнал; 138-146 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/410/216 Copyright (c) 2022 Valentin Kozin, Antonina Bliznyuk https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Kozin, Valentin Bliznyuk, Antonina ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ |
| title | ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ |
| title_alt | HYDROGEN’S EVOLUTION ON TITANIUM ELECTRODE FROM SULFURIC ACID SOLUTION |
| title_full | ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ |
| title_fullStr | ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ |
| title_full_unstemmed | ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ |
| title_short | ВИДІЛЕННЯ ВОДНЮ НА ТИТАНОВОМУ ЕЛЕКТРОДІ З РОЗЧИНУ СІРЧАНОЇ КИСЛОТИ |
| title_sort | виділення водню на титановому електроді з розчину сірчаної кислоти |
| topic_facet | titanium electrode processes hydrides kinetic parameters |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/410 |
| work_keys_str_mv | AT kozinvalentin hydrogensevolutionontitaniumelectrodefromsulfuricacidsolution AT bliznyukantonina hydrogensevolutionontitaniumelectrodefromsulfuricacidsolution AT kozinvalentin vidílennâvodnûnatitanovomuelektrodízrozčinusírčanoíkisloti AT bliznyukantonina vidílennâvodnûnatitanovomuelektrodízrozčinusírčanoíkisloti |