Великанова И.А.

Белорусский государственный технологический университет, Беларусь

Электродные материалы на основе оксидов иридия

В настоящей работе исследовалось влияние способа обработки подложки, ее пористости и состава активного покрытия на электрохимические свойства электродов на основе оксидов иридия (содержание иридия 3 г/м²). Оксидные электроды получены путем термического разложения гексахлориридиевой кислоты [1, 2], тетрахлорида титана, нитратов кобальта, никеля, марганца. В качестве подложки использован листовой титан марки ВТ 1-0, толщиной 0,2 мм; пористый титан (пористость 30%, размер пор 10 мкм).

Установлено, что форма потенциодинамической кривой для оксидного Ir/Ti-электрода, сформированного на опескоструенном титане с последующим химическим травлением (в смеси серной (10% масс.) и плавиковой (2 масс. %) кислот в присутствии перекиси водорода (4 масс. %)) в течение 2 мин (рис. 1, кривая 2), сходна с потенциодинамической кривой для оксидного Ir/Ti-электрода, химически протравленного в течение 2 мин (рис. 1, кривая 1). Однако на электроде, сформированном на опескоструенном титане, наблюдается увеличение поляризации электрода в реакции выделения водорода и кислорода на 70 мВ и 150 мВ соответственно, к тому же наблюдается уменьшение пика десорбции водорода в 2–3 раза. Так как пескоструйная обработка проводилась корундом зернистостью 25–32, то увеличение поляризации электродов связано с внедрением в поверхность титановой основы кусочков Al₂O₃, обладающих диэлектрическими свойствами и снижающих электропроводность оксидного покрытия.

На потенциодинамической кривой оксидного Ir/Ti-электрода, сформированного на титановой основе химически протравленной в течение 20 мин, пик, отвечающий переходу Ir (III) в Ir (IV), четко выражен и смещен в анодную область на 11 мВ (рис. 1, кривая 3). При потенциале 0,74 В появляется пик, который, вероятно, соответствует образованию кислородного соединения IrOH. Увеличение плотностей тока, соответствующих максимумам десорбции водорода, кислорода и перехода Ir (III) в Ir (IV) обусловлено, вероятнее всего, увеличением истинной площади поверхности электрода и вовлечением большего количества электрокатализатора в электродные процессы.

.

1 –химическое травление титановой основы 2 мин, 2– пескоструйная обработка титановой основы и химическое травление 2 мин, 3 – химическое травление титановой основы 20 мин

Рисунок 1. Циклические потенциодинамические кривые оксидного Ir/Ti-электрода в 0,5 М H₂SO₄ при ν = 100 мВ/с

Установлено, что при изготовлении электродов на подложке из пористого титана присутствие оксидов иридия в пористой титановой матрице увеличивает скорость выделения кислорода и водорода, а также снижает поляризацию электрода в этих процессах. Однако увеличение содержания иридия мало влияет на электрохимическое поведение оксидного Ir/Ti пористого электрода. При увеличении содержания иридия в 3 раза происходит незначительное уменьшение поляризации электрода в анодном и катодном процессах. Это можно объяснить тем, что при изготовлении электрода гексахлориридиевая кислота проникает преимущественно в глубь пор титановой основы, а электрохимические процессы происходят преимущественно на внешней поверхности оксидного Ir/Ti пористого электрода.

С целью снижения расхода благородного металла в активное покрытие вводили оксиды титана, кобальта, никеля и марганца. Данные электродные материалы исследовались в процессах получения гипохлорита натрия и электрохимического разложения щавелевой кислоты. В процессе получения гипохлорита натрия среди исследуемых электродных материалов следует выделить оксидный Ir-Co-Ti/Ti-электрод, который обладает высокой стабильностью и селективностью (средний выход по току составляет 84–86%). Наибольшей селективностью в процессе разложения щавелевой кислоты обладают оксидные Ir-Ti/Ti и Ir-Co-Ti/Ti электроды, выходы по току разложения щавелевой на которых практически не зависят от анодной плотности тока в интервале 0,02–0,1 А/см² и составляют 93–95%.

Таким образом, в качестве предварительной подготовки поверхности титановой основы целесообразно применять химическое травление в течение 20 мин, при этом пескоструйную обработку с использованием корунда применять нежелательно. Применение пористого титана в качестве основы электрода не целесообразно, т.к. большая часть иридийсодержащего раствора проникает вглубь титановой матрицы. Среди электродных материалов, содержащих оксиды иридия, титана, кобальта, никеля, марганца, следует выделить оксидный Ir-Co-Ti/Ti электрод, который обладает наибольшей стабильностью и селективностью в процессах получения гипохлорита натрия и разложения щавелевой кислоты.

Литература

1. Великанова И.А., Дроздович В.Б., Жарский И.М., Иванова Н.П. Синтез и исследование электрохимических свойств иридиево-титановых электродов  // Труды БГТУ. Сер. Химия и технология неорган. в-в.–2005.–Вып. XIII. C. 31–32.

2. Великанова И. А., Иванова Н. П., Дроздович В. Б., Жарский И. М. Электрохимическое поведение иридиево-титановых электродов в реакциях выделения кислорода и хлора  // Труды БГТУ. Сер. Химия и технология неорган. в-в. – 2006. – Вып. XIV. – С. 62–64.