Диссертация

Цель работы состояла в исследовании кинетики и динамики процесса электрохимического восстановления кислорода на нанокомпозитах медь-ионообменная матрица (КУ-23; Lewatit K 2620). Методы исследования: комплексонометрическое определение содержания металла; электронно-микроскопическое и рентгенофазовое определение размера металлических частиц; определение удельной поверхности каталитических «чернил» методом низкотемпературной адсорбции азота; определение кинетических характеристик реакции восстановления кислорода методом вращающегося дискового электрода; изучение редокс-сорбции кислорода при гальваностатической поляризации нанокомпозитов. Научная новизна работы: 1. Обнаружено повышение плотности предельного внешне-диффузионного тока электровосстановления кислорода на тонкопленочном углерод-полимерном пастовом материале Cu0∙Lewatit K 2620 – технический углерод Vulcan XC72 за счет увеличения емкости нанокомпозита по металлическому компоненту. Наличие наночастиц меди приводит к появлению нового пути протекания реакции по четырехэлектронному механизму, свойственному металлам. В кислой среде электровосстановление кислорода осложнено восстановлением противоионов меди, образующихся в результате саморастворения наночастиц металла. В результате понижения перенапряжения выделения водорода на медьсодержащем нанокомпозите в водородной форме возможно локальное повышение плотности тока и электровыделение водорода. 2. Показано, что макрокинетическая модель процесса редокс-сорбции, учитывающая внешнюю, внутреннюю диффузию кислорода и стадийное саморастворение металла, достоверно описывает процесс восстановления кислорода при катодной поляризации нанокомпозита. 3. Дана количественная оценка химического взаимодействия наночастиц меди с кислородом и его электрохимического восстановления. Установлено, что при гальваностатической поляризации тонкого зернистого слоя нанокомпозита медь-сульфокатионообменник в допредельном режиме превалирует электровосстановление кислорода. Со временем преобладающей становится химическая реакция взаимодействия меди с окислителем. Постоянная электрохимическая регенерация наночастиц металла позволяет длительное время сохранять их активность и достичь выхода на квазистационарный режим, при котором скорости окисления-восстановления меди соизмеримы. 4. Показана удовлетворительная сходимость экспериментальных данных начального периода динамического процесса редокс-сорбции кислорода с найденными по Программе численного расчета. В основу теории динамического процесса были положены макрокинетические модельные представления о том, что электровосстановление кислорода локализуется на поверхности зерна нанокомпозита. Особенность Программы заключается в учете изменяющегося при окислении наночастиц меди омического сопротивления. Однако со временем обнаруживается расхождение теоретических представлений с экспериментальными данными за счет влияния не учтенных стадий, таких как электровосстановление наночастиц меди и электровыделение водорода. Данный факт требует дальнейших исследований и дает основание на перспективное продолжение настоящей работы.