Electrocatalytic and Capacitive Properties of Ruthenium Oxide Based Electrodes

[V. Panić]

PDF/A (179 listova)

Elektrohemija / Electrochemistry

Aktivirane titanske anode, Ti/RuO2 TiO2, i RuO2/ugljenični kompoziti dobijeni su sol gel postupkom od neorganskih oksidnih solova. RuO2 i TiO2 solovi dobijeni su forsiranom hidrolizom RuCl3 u vodenom rastvoru HCl. Morfologija dobijenih solova ispitivana je transmisionom elektronskom mikroskopijom. Hemijski satav RuO2 sola i od njega dobijenih RuO2/ugljeničnih kompozita impregnacijom komercijalnih ugljeničnih prahova ispitivana je difrakcijom x zraka i termogravimetrijskom analizom. Ova ispitivanja pokazuju da su sitne oksidne čestice sačinjene od hidratisanog oksida. Morfologija kompozita i ugljeničnih prahova ispitivana je skenirajućom elektronskom mikroskopijom koja ukazuje na prisustvo oksida u impregniranom ugljeničnom prahu. Mehanizam gubitka elektrokatalitičke aktivnosti Ti/RuO2 TiO2 anoda ispitivan je praćenjem promena elektrohemijskih svojstava anode u reakcijama izdvajanja hlora i kiseonika, kao i na potencijalu otvorenog kola, u rastvorima NaCl i H2SO4 tokom degradacije anode. Ove elektrohemijske karakteristike anode ispitivane su metodama ciklične voltametrije, spektroskopije elektrohemijske impedancije i polarizacionim mere¬njima. Stabilnost anoda je ispitivana ubrzanim testom stabilnosti u ras¬tvoru NaCl. Promene u elektrohemijskim svojstvima anode dobijene sol gel postupkom pore¬đene su sa promenama koje su registrovane za Ti/RuO2 TiO2 anodu dobijenu tradicionalnim postupkom termičke razgradnje hlorida metala. Na osnovu pomenutih ispitivanja proizilazi da je osnovni uzrok gubitka elektro¬katalitičke aktivnosti anode dobijene sol gel postupkom elek¬trohemijsko rastvaranje RuO2, dok je uzrok degradacije anode dobijene termičkom razgra-dnjom rast neprovodnog TiO2 sloja u međufazi prevlaka/titanska podloga. Aktivnost Ti/RuO2 TiO2 anoda za reakciju oksidacije fenola ispitivana je u kiselom ras¬tvoru metodama ciklične voltametrije, hronoamperometrije i polarizacionim merenjima. Ustanovljeno je da se ova reakcija odigrava preko dva reakciona puta, koji daju polioksifenilenski film na površini anode i rastvorne hinonska jedinjenja kao krajnje proizvode reakcije. Polioksifenilenski film inhibira reakciju oksidacije fenola. Karakteristike filma ispitivane su metodom spektro¬skopije elektrohemijske impedancije. Kapacitivne karakteristike RuO2/ugljeničnog kompozita ispitivane su metodama ciklične voltametrije i spektroskopije elektrohemijske impedancije u rastvoru H2SO4. Kapacitivnost i raspodela kapacitivnosti kroz porozni sloj kompozita zavise od realne površine ugljeničnog substrata i od koncentracije oksidne faze u impregnirajućoj sredini, kao i od vremena formiranja oksidnog sola korišćenog za impregnaciju.

Activated titanium anodes, Ti/RuO2 TiO2, and C/RuO2 composites were prepared from oxide sols by sol gel procedure. RuO2 and TiO2 sols have been synthesized by forced hydrolysis of RuCl3 in HCl water solution. Morphology of prepared sols was investigated by transmission electron microscopy. Chemical composition of RuO2 sol and C/RuO2 composites prepared by impregnation of commercial carbon blacks was investigated by x ray diffraction and thermogravimetric analysis. These investigations showed that fine hydrous oxide particles were formed. Morphology of composites and carbon blacks was investigated by scanning electron microscopy, which indicated the presence of oxide in the impregnated carbon blacks. The loss of Ti/RuO2 TiO2 anode electrocatalytic activity was investigated by examination of the changes in anode electrochemical characteristics for chlorine and oxygen evolution reaction, as well as on open circuit potential, in NaCl and H2SO4 solutions, during an accelerated stability test. These electrochemical characteristics were investigated by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and polarization measurements. Anode degradation was done by accelerated stability test in NaCl solution. The changes in electrochemical characteristics of the anode prepared by sol gel procedure were compared to the changes registered for the anode prepared by traditional thermal decomposition of metal chlorides.The comparison indicated that the main cause for the activity loss of sol gel prepared anode is electrochemical dissolution of RuO2, while in the case of thermally prepared anode the loss is mainly caused by the formation of an insulating TIO2 layer in the coating/Ti substrate interphase. The Ti/RuO2 TiO2 anode activity for phenol electrooxidation was investigated in acidic solution by cyclic voltammetry, current transients and polarization measurements. The oxidation proceeds via two reaction paths, with, strongly adherent to the electrocde surface, and quinone compounds as the final reaction products. Polyoxyphenylene film inhibits phenol oxidation. Characteristics of the film were investigated by electrochemical impedance spectroscopy. Capacitive properties of C/RuO2 composites were investigated by cyclic volta¬mmetry and electrochemical impedance spectroscopy in H2SO4 solution. Overall capacitance and capacitance profile throughout composite porous layer depend on carbon black real surface area and the concentration of oxide phase in the impregnating medium, as well as on ageing time of oxide sol.

oksidni solovi, RuO2, TiO2, Ti/RuO2 TiO2 anoda, stabilnost Ti/RuO2 TiO2 anode, elektrokatalitička svojstva, elektrohemijska oksidacija fenola, pseudokapacitivnost, RuO2/C kompozit

oxide sols, RuO2, TiO2, Ti/RuO2 TiO2 anode, Ti/RuO2 TiO2 anode stability, phenol electrooxidation, pseudocapacitance, C/RuO2 composite

544.6:544.4(043.3)

Elektrokataliza

Tekst