Готовая ВКР: Кинетика катодного выделения H2 на MoxTi1-xSi2

ВВЕДЕНИЕ	3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР	5
1.1. Кристаллическая структура и физико-химические свойства силицидов молибдена и титана	5
1.1.1. Силициды молибдена	9
1.1.2. Силициды титана	12
1.2. Катодные процессы на молибдене, титане и кремнии в щелочных средах	14
1.2.1. Кинетика катодного выделения водорода на молибдене и титане	18
1.2.2. Катодные процессы на кремниевом электроде	28
1.3. Катодное выделение водорода на силицидах переходных металлов	35
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА	39
2.1. Объекты исследования	39
2.2. Методика электрохимических измерений	39
2.3. Физические методы исследования	41
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ	42
3.1 Микроструктура и состав сплавов MoxTi1-xSi2	42
3.2 Катодные процессы на сплавах системы MoxTi1-xSi2 в растворе 1,0 M NaOH	44
ВЫВОДЫ	54
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	55

В настоящее время на мировых энергетических рынках можно наблюдать новый виток возрастающего интереса к водороду. Его рассматривают как перспективный энергоноситель, который способен обеспечить производство безопасной, доступной, стабильной и отвечающей всем экологическим стандартам энергии. Во многих странах разрабатывают стратегии развития и запускают новые инициативы в области водородной энергетики.
Значительная часть из них направляется на поддержку исследований и разработок, результаты которых могут стать основой для создания эффективных решений в отраслях. Большая часть исследований связана с производством водорода, в том числе электролитическое получение с помощью эффективных и недорогих электродных материалов. В качестве катализаторов реакции выделения водорода (р.в.в.) рассматривались металлы, сплавы, интерметаллические и металлоподобные соединения, композиционные материалы.
Исследование р.в.в. на силицидах переходных металлов выявило, что электрокаталитическая активность этих материалов в катодном процессе существенно зависит от природы и концентрации металла в соединении, структуры материала, pH и состава среды. В литературе описана высокая электрохимическая активность силицидов в р.в.в. и коррозионная стойкость этих соединений.
Цель работы – установление кинетики и механизма реакции выделения водорода на силицидах MoxTi1-xSi2 в щелочном электролите, определение их электрохимической активности в р.в.в.
Задачи работы:
1) Изучить микроструктуру, элементный и фазовый состав сплавов MoxW1-xSi2, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.
2) Методами поляризационных и импедансных измерений исследовать катодное поведение силицидов MoxW1-xSi2 в щелочных средах. На основе постоянно- и переменнотоковых диагностических критериев установить кинетику и механизм реакции выделения водорода.
3) Определить электрокаталитическую активность сплавов по отношению к р.в.в. в щелочном электролите, их стойкость и стабильность в процессе электролиза.

1.	Была изучена микроструктура, элементный и фазовый состав сплавов MoxW1-xSi2, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Методика описана в главе 2, результаты отражены в главе 3.
2.	Методами поляризационных и импедансных измерений исследовано катодное поведение силицидов MoxW1-xSi2 в щелочных средах. На основе постоянно- и переменнотоковых диагностических критериев установлена кинетика и механизм реакции выделения водорода. Выявлено, что реакция выделения водорода на сплавах системы MoxW1-xSi2 в щелочном электролите протекает по маршруту разряд – электрохимическая десорбция.
3.	Определены основные кинетические параметры р.в.в. на силициде в щелочном электролите, их стойкость и стабильность в процессе электролиза.

1.	Самсонов Г. В., Дворина Л. А., Рудь Б. Силициды. М.: Металлургия, 1979. 272 с.
2.	Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник В 3 т.: Т.3. Кн.2 / Под общ.ред. Н.П. Лякишева.  М.: Машиностроение, 2000.  448 с.
3.	Гладышевский Е.И. Кристаллохимия силицидов и германидов / Е.И Гладышевский. М.: Металлургия, 1971.  296 с.
4.	Самсонов Г.В., Уманский Я.С. Твердые соединения тугоплавких металлов. М.: Металлургиздат, 1957. — 388 с.
5.	Самсонов, Г. В. Силициды и их использование в технике / Г. В. Самсонов.  Киев: Изд-во АН УССР, 1959. 204 с.
6.	Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия: Учеб. для хим. - технолог. спец вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1984, с. 395 – 406.
7.	В.А. Лавренко, А.Д. Чиркин, В.А. Швец. Катодное выделение водорода на дисилицидах титана, вольфрама и молибдена и соответствующих металлах // Доклады Национальной академии наук Украины. 2007. N 7. С. 98-102.
8.	N.Pentland, J. O'M. Bockris, E.Sheldon Hydrogen. Evolution Reaction on Copper, Gold, Molybdenum, Palladium, Rhodium, and Iron // Journal of the electrochemical society. 1957.  N 3. P. 182-197.
9.	Васько А.Т., Ковач С.К. Электрохимия тугоплавких металлов. – К.: Техника, 1983. 160 с.
10.	Якименко Л.М. Электродные материалы в прикладной электрохимии М., «Химия», 1977, с. 108 – 117, с. 242 – 243, с. 250 – 256. 
11.	Ефимов Е.А., Ерусалимчик И.Г. Электрохимия германия и кремния. - Москва: Госхимиздат, 1963. - 180 с.
12.	Палеолог Е.Н., Короткова К.С., Томашов Н.Д. Кинетика электродных процессов на кремниевом электроде в кислых и щелочных растворах // Доклады Академии наук СССР. 1960. N 1 (133). С. 170-173.
13.	С. У. Изидинов, Т. И. Борисова, В. И. Веселовский. Электрохимическое и фотоэлектрохимическое поведение кремниевого электрода // Докл. АН СССР, 1960, том 133, номер 2, 392–395.
14.	A.K.M.S. Huq, A.J. Rosenberg. Electrochemical Behavior of Nickel Compounds: I. The Hydrogen Evolution Reaction on NiSi, NiAs, NiSb, NiS, NiTe2, and Their Constituent Elements // Electrochem. Soc. 1964. V. 111, Is. 3. P. 270-278.
15.	A.K. Vijh, G. Belanger, R. Jacques. Electrochemical reactions on iron silicide surfaces in sulphuric acid // Materials Chemistry and Physics. 1988. V. 20, Is. 6. P. 529-538.
16.	A.K. Vijh, G. Belanger, R. Jacques. Electrochemical activity of silicides of some transition metals for the hydrogen evolution reaction in acidic solutions // Int. J. Hydrogen Energy. 1990. V. 15, Is. 11. P. 789-794.
17.	A.K. Vijh, G. Belanger. Some trends in the electrocatalytic activities of metal silicides for the hydrogen evolution reaction // Journal of Materials Science Letters. 1995. V. 14. P. 982-984.
18.	A.K. Vijh, G. Belanger, R. Jacques. Electrochemical reactions on iron silicide electrodes in alkaline solutions // Mat. Chem. Phys. 1989. V. 21. P. 529-538.
19.	A.K. Vijh, G. Belanger, R. Jacques. Electrolysis of water on silicides of some transition metals in alkaline solutions // Int. J. Hydrogen Energy. 1992. V. 17. N. 7. P. 479-483.
20.	K. Seto, J. Noel, J. Lipkowski, Z. Altounian, R. Reeves. Glassy Metals as Electrocatalysts for Hydrogen Evolution and Oxidation. Part I. Electrocatalytic Properties of Amorphous Pt-Si Alloy // J. Electrochem. Soc. 1989. V. 136. Is. 7. P. 1910-1914.
21.	В.С Поврозник, А.Б. Шеин. Катодное выделение водорода на силицидах металлов группы железа в кислых электролитах различного состава // Вестник Удмуртского ун-та. Сер. химия. 2005. №8. С. 43-50.
22.	В.С. Поврозник, А.Б. Шеин. Внутренние и внешние факторы катодного выделения водорода на силицидах металлов триады железа // Защита металлов. 2007. Т.43, №2. С. 216-221.
23.	А.Б. Шеин, В.И. Кичигин. Катодное выделение водорода на отдельных гранях монокристалла силицида кобальта в сернокислом электролите // Электрохимия. 1986. Т.22, № 12. С. 1670-1673.
24.	А.Б. Шеин, Е.Н. Зубова. Электрохимическое поведение силицидов марганца в растворе серной кислоты // Защита металлов. 2005. Т.41, №3. С. 258-266.
25.	Z. Zhuang, Y. Li, J. Huang, Z. Li, K. Zhao, Y. Zhao, L. Xu, L. Zhou, L.V. Moskaleva, L. Mai. Sisyphus effects in hydrogen electrochemistry on metal silicides enabled by silicene subunit edge // Science Bulletin. 2019. V. 64. N 9. P. 617-624.
26.	Jie Wu, Gaoming Zhu, Peizhong Feng, Xianguo Zhou, Xiaohong Wang, Farid Akhtar. Formation of Mo−Si−Ti Alloys by Self−propagating Combustion Synthesis // Materials Research. 2015: 18(4): 806-812
27.	П. А. Милосердов, В. А. Горшков, В. И. Юхвид, Н. В. Сачкова. СВС-металлургия литых дисилицидов молибдена, титана и их растворов // Перспективные материалы. 2013. № 6. С. 69-74.
28.	Orazem M. E., Tribollet B. Electrochemical Impedance Spectroscopy. John Wiley and Sons, Hoboken, 2008. 533 p.
29.	Conway B. E., Bai L., Sattar M. A. Role of the transfer coefficient in electrocatalysis: applications to the H2 and O2 evolution reactions and the characterization of participating adsorbed intermediates. // Int. J. Hydrogen Energy. 1987. N 9 (12). P.607-621. 
30.	Krishtalik L. I. Hydrogen overvoltage and adsorption phenomena: Part III. Effect of the adsorption energy of hydrogen on overvoltage and the mechanism of the cathodic process. In: P. Delahay (Ed.). // Advances in Electrochemistry and Electrochemical Engineering. 1970. V. 7. P. 283-340.
31.	Fleischmann M., Grenness M. Electrocrystallization of Ruthenium and Electrocatalysis of Hydrogen Evolution. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1972. V.68. P.3205-3215. 
32.	Введенский А. В., Гуторов И. А., Морозова Н. Б. Кинетика катодного выделения водорода на переходных металлах. I. Теоретический анализ. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2010. N 3 (12). С.288-300.
33.	Thomas J. G. N. Kinetics of electrolytic hydrogen evolution and the adsorption of hydrogen by metals. // Trans. Faraday.1961. N 9 (57). P. 1603-1611. 
34.	Фрумкин А. Н. Избранные труды: Перенапряжение водорода. М.: Наука, 1988. 240 с.
35.	Candy J.-P., Fouilloux P., Keddam M., Takenouti H. The characterization of porous electrodes by impedance measurements. // Electrochim. Acta. 1981. N 8 (26). P.1029-1034.
36.	Сухотин А. М. Справочник по электрохимии. Ленинград: Химия, 1981. 488 с.
37.	Lasia A. Modeling of impedance of porous electrode. // Modern Aspects of Electrochemistry. 2009. N 43. P. 67-137.
38.	Kichigin V. I., Shein A. B. Influence of hydrogen absorption on the potential dependence of the Faradaic impedance parameters of hydrogen evolution reaction. // Electrochimica Acta. 2016. V.201. P.233-239.
39.	Кичигин В. И., Шеин А. Б. Кинетика катодного выделения водорода на CeCu2Ge2-электроде в щелочном растворе. Влияние поверхностной и объемной диффузии атомарного водорода. // Вестник Пермского университета. Сер. Химия. 2016. Т.23. № 3. С.6-19.