Bước đầu khảo sát quan hệ B = J0Rp và quá trình tích thoát Hiđrô trên điện cực âm gốc LANI5

Trong bài báo này trình bày một số kết quả thực nghiệm biến thiên hệ số B và phản ứng điện hóa trên hệ điện hóa: điện cực gốc Lani và phân cực vòng đa chu kỳ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bước đầu khảo sát quan hệ B = J0Rp và quá trình tích thoát Hiđrô trên điện cực âm gốc LANI5T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44) Tập 2/N¨m 2007B−íc ®Çu kh¶o s¸t quan hÖ B= J0Rp vµ qu¸tr×nh tÝch tho¸t hi®r« trªn ®iÖn cùc ©m gèc LaNi5§ç Trµ H−¬ng (Tr−êng §H S− ph¹m - §H Th¸i Nguyªn)Lª Xu©n QuÕ (ViÖn Kü thuËt nhiÖt ®íi, ViÖn KH &CN ViÖt Nam)1. Giíi thiÖuDßng trao ®æi J0 cã ý nghÜa ®Æc tr−ng cho møc ®é ho¹t ho¸ cña ®iÖn cùc [1, 2, 3]. Trongtr−êng hîp ¨n mßn kim lo¹i, J0 lµ th−íc ®o møc ®é hoµ tan cña ®iÖn cùc trong m«i tr−êng cho tr−íc[1,2, 4]. §iÖn trë ph©n cùc RP tØ lÖ nghÞch víi J0 theo c«ng thøc J0 = B/RP, víi B lµ h»ng sè [1, 2].VÒ lý thuyÕt h»ng sè B tÝnh ®−îc tõ hÖ sè Tafel ba vµ bc [1, 4]:B=víi S = 2,303.Hay viÕt gän l¹iJ0 = B/Rp = 2,303.bc + b a 1b + bavíi B =2,303. cb a bc R pb a bcNh− vËy theo lý thuyÕt, trong mét hÖ ®iÖn ho¸ ho¹t ho¸ cao tÝch sè J0RP ph¶i lµ h»ng sèB. Trong thùc tÕ h»ng sè B cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm, vµ th«ng sè RP ®−îc tÝnh theoc«ng thøc Rp = dE/di tõ ph©n cùc tuyÕn tÝnh (víi vËn tèc quÐt v) trong vïng thÕ l©n cËn ®iÖn thÕm¹ch hë æn ®Þnh E0 [1, 2, 4]. Jo cã ®¬n vÞ ®o lµ A/cm2, Rp lµ Ωcm2, B cã ®în vÞ ®o lµ V.Trong bµi nµy chóng t«i tr×nh bµy mét sè kÕt qu¶ kh¶o s¸t thùc nghiÖm biÕn thiªn hÖ sè Bvµ ph¶n øng ®iÖn ho¸ trªn hÖ ®iÖn ho¸: §iÖn cùc gèc LaNi5-dung dÞch KOH 6M, ph©n cùc vßng®a chu kú (cyclic voltammetry CV).2. Thùc nghiÖm§iÖn cùc ©m LaNi5 víi phô gia polianilin ®−îc chÕ t¹o theo c¸c b−íc ®−îc giíi thiÖu chitiÕt trong tµi liÖu [5 - 7]. Bét vËt liÖu gèc LaNi5 ®−îc phèi trén víi phô gia plianilin sau ®ã ®−îcÐp c¬ häc t¹o h×nh vµ t¹o liªn kÕt cho ®iÖn cùc. Tr−íc khi ®o ®iÖn ho¸, c¸c mÉu ®−îc mµi nh½nb»ng giÊy mµi ®Õn cì 1000 µm, sau ®ã röa s¹ch b»ng n−íc cÊt råi tr¸ng etanol. C¸c phÐp ®o ®iÖnho¸ ®Òu sö dông hÖ 3 ®iÖn cùc, gåm ®iÖn cùc ®èi Pt, ®iÖn cùc so s¸nh calomen b,o hoµ, vµ ®iÖncùc lµm viÖc (®−îc chÕ t¹o nh− trªn). Dung dÞch ®o lµ KOH 6M. §iÖn cùc lµm viÖc ®−îc ng©mtrong KOH 6M 30 phót tr−íc khi ph©n cùc ho¹t ho¸ b»ng ph−¬ng ph¸p quÐt thÕ vßng 30 chu kúvíi vËn tèc 10 mV/s, kho¶ng quÐt thÕ -0,8 ®Õn -1,3 V trªn m¸y AUTOLAL PGSTAT 30 cñaViÖn Kü thuËt NhiÖt ®íi thuéc ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ ViÖt Nam.Ph©n cùc CV ®−îc thùc hiÖn víi vËn tèc 30mV/s, sè chu kú ph©n cùc tõ 500 ®Õn trªn1000 chu kú.Ph©n tÝch ®−êng cong ph©n cùc x¸c ®Þnh J0 vµ Rp ®−îc thùc hiÖn b»ng phÇn mÒm GPES,víi tõng nh¸nh ph©n cùc:- Ph©n cùc cat«t b¾t ®Çu tõ -0,8V ®Õn -1,3 V, gäi lµ qu¸ tr×nh n¹p (tÝch hi®r«)- Ph©n cùc an«t b¾t ®Çu tõ -1,3 ®Õn -0,8V, gäi lµ qu¸ tr×nh phãng (tho¸t hi®r«)43T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44) Tập 2/N¨m 20073. KÕt qu¶3.1. Qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ ®iÖn cùc- Phæ CV ®Æc tr−ng cña qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ ®iÖn cùc ©m ®−îc giíi thiÖu trong h×nh 1.§−êng cong CV cã hai phÇn râ rÖt thÓ hiÖn hai qu¸ tr×nh khö hidr« (ph©n cùc cat«t, ®Õn-1,3V, cßn gäi lµ n¹p hay tÝch hi®r«, kÝ hiÖu lµ N) vµ «xy ho¸ hi®r« (ph©n cùc an«t, ®Õn-0,8V, cßn gäi lµ phãng hay tho¸t hi®r«, kÝ hiÖu lµ P). Víi c¸c mÉu cã tØ lÖ khèi l−îng phô giagèc PANi kh¸c nhau, phæ CV ®Òu cã d¹ng t−¬ng tù nhau, dßng ph©n cùc an«t vµ cat«t ®Òu t¨ngtheo sè chu kú CV.30H×nh 1.Phæ CV ho¹t ho¸ ®iÖn cùc gèc LaNi5,chu kú 10, 20, 30 (ghi trªn ®å thÞ)I (A)0.0220100.00-0.02-0.04 10-0.0620 30-1.2-1.0-0.8E (V/SCE)2%PANiBiÕn thiªn cña J0 vµ Rp theo sè chu kú vµ chiÒu ph©n cùc ho¹t ho¸ (N vµ P), vµ tØ lÖ phôgia PANi ®−îc giíi thiÖu trong h×nh 2 vµ 3H×nh 2.102030102030J0Rp150100Rp (Ω )BiÕn thiªn cña dßng trao ®æi J0 vµ ®iÖn trëph©n cùc Rp theo tØ lÖ % khèi l−îng PANi,qu¸ tr×nh n¹p (N)J0(mA)15.010.0505.00.00123% PANi450NC¸c mÉu cã tØ lÖ % PANi lµ: 1, 2, 3 cho gi¸ trÞ dßng trao ®æi J0 cao h¬n h¼n so víi mÉukh«ng cã PANi vµ cã 4 vµ 5% PANi trong thµnh phÇn. Nh÷ng mÉu cã tØ lÖ PANi 1, 2, 3% nµycòng cã gi¸ trÞ ®iÖn trë ph©n cùc Rp nhá nhÊt so víi c¸c mÉu kh¸c. Tuy nhiªn sau 30 chu kú mÉucã 2% PANi tá ra cã tÝnh chÊt ®iÖn ho¸ tèt h¬n c¶ (h×nh 2, 3).§èi víi 30 chu kú ®Çu ho¹t ho¸ ®iÖn cùc, tÝch sè J0Rp = B cã nhiÒu biÕn ®éng (h×nh 4).§èi víi qu¸ tr×nh n¹p (kÝ hiÖu N), B t¨ng lªn theo sè chu kú ho¹t ho¸, Nh−ng ®èi víi qu¸ tr×nhphãng (ký hiÖu lµ P), víi sè chu kú n≥10 tÝch sè B ®, ®¹t æn ®Þnh, kh«ng cã nh÷ng biÕn ®æi rârÖt theo sè chu kú ho¹t ho¸ nh− ®èi víi qu¸ tr×nh n¹p (h×nh 4).Víi qu¸ tr×nh n¹p, B hÇu nh− kh«ng phô thuéc vµo tØ lÖ PANi, nh−ng ®èi víi qu¸ tr×nhphãng, B t¨ng ®Òu theo tØ lÖ PANi trong ®iÖn cùc, vµ ®¹t gi¸ trÞ cao ®Õn hµng tr¨m v«n.44T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44) Tập 2/N¨m 2007BiÕn thiªn cña dßng trao ®æi J0 vµ ®iÖn trëph©n cùc Rp theo tØ lÖ % khèi l−îng PANi,qu¸ tr×nh phãng (P)J0(mA)30102030102030Rp120Rp (Ω)H×nh 3.20 J09060103000123405% PANiH×nh 4.P-10P-20P-30JoRp (mV)300BiÕn thiªn cña tÝch sè B=J0Rp theo sè chukú ho¹t ho¸ vµ theo tØ lÖ % phô gia PANitrong ®iÖn cùc. Ph©n bi ...