Вплив складу активного шару оксидного кобальт-титанового анода на кінетику реакції виділення хлору

Олександр  Бровін; Юлія Коваленко; Сергій  Лещенко; Світлана  Дерібо; Наталя  Чорна

doi:10.25140/2411-5363-2025-4(42)-294-302

Автор(и)

Олександр Бровін Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Україна https://orcid.org/0000-0002-9064-1199
Юлія Коваленко Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Україна https://orcid.org/0000-0002-7523-8545
Сергій Лещенко Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Україна https://orcid.org/0000-0003-2918-9575
Світлана Дерібо Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Україна https://orcid.org/0000-0002-1790-9857
Наталя Чорна Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-9161-0298

DOI:

https://doi.org/10.25140/2411-5363-2025-4(42)-294-302

Ключові слова:

електроліз; малозношуваний анод; оксид кобальту; реакція виділення хлору; кінетика; поляризаційні дослідження

Анотація

Для електролізу розчинів хлоридів пропонується металоксидний анод з активним каталітичним шаром із суміші оксиду кобальту (Co₃O₄) та оксиду титану (TiO₂), нанесених на проміжний шар діоксиду рутенію (RuO₂) на титановій основі. Основна мета - дослідження впливу складу активного шару на кінетику реакції виділення хлору та визначення природи поляризації в концентрованих розчинах NaCl. Аналіз експериментальних даних поляризаційних гальваностатичних вимірювань у розчинах показує, що омічний спад потенціалу при густині струму до 0,04...0,06 А/см² є незначним і не має істотного впливу на значення потенціалу анода. Перенапруга виділення хлору на покриттях Co₃O₄/TiO₂ при густині струму 0,1 А/см² не перевищує 60 мВ. За допомогою температурно-кінетичного методу встановлено кореляцію між енергією активації та перенапругою. Висока ефективна енергія активації при перенапрузі вище 95 мВ вказує на електрохімічну природу поляризації. В умовах, що імітують промисловий електроліз розчину NaCl, кінетика реакції виділення хлору на покриттях Co₃O₄/TiO₂ обмежується розрядом хлоридних аніонів.

Посилання

Karlsson, R. K., & Cornell, A. (2016). Selectivity between oxygen and chlorine evolution in the chlor-alkali and chlorate processes. Chemical Reviews, 116(5), 2982–3028. https://doi.org/10.1021/ acs.chemrev.5b00389.

Trasatti, S. (2000). Electrocatalysis: Understanding the success of DSA. Electrochimica Acta, 45(15-16), 2377–2385. https://doi.org/10.1016/s0013-4686(00)00338-8.

Hansen, H. A., Man, I. C., Studt, F., Abild-Pedersen, F., Bligaard, T., & Rossmeisl, J. (2010). Electrochemical chlorine evolution at rutile oxide (110) surfaces. Phys. Chem. Chem. Phys., 12(1), 283–290. https://doi.org/10.1039/b917459a.

Panić, V. V., Dekanski, A., Milonjić, S. K., Atanasoski, R. T., & Nikolić, B. Ž. (1999). RuO2–TiO2 coated titanium anodes obtained by the sol–gel procedure and their electrochemical behaviour in the chlorine evolution reaction. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 157(1-3), 269–274. https://doi.org/10.1016/s0927-7757(99)00094-1.

Pan, G.-T., & Nikoloski, A. N. (2025). The electrochemical performance of Co3O4 elec-trodes with platinum nanoparticles for chlorine evolution. Inorganics, 13(11), 355. https://doi.org/10.3390/inorganics13110355.

Kim, J., Usama, M., Exner, K. S., & Joo, S. H. (2024). Renaissance of chlorine evolution reaction: Emerging theory and catalytic materials. Angewandte Chemie International Edi-tion. https://doi.org/10.1002/anie.202417293.

Kuo, D.-Y., Paik, H., Nelson, J. N., Shen, K. M., Schlom, D. G., & Suntivich, J. (2019). Chlorine evolution reaction electrocatalysis on RuO2(110) and IrO2(110) grown using molecu-lar-beam epitaxy. The Journal of Chemical Physics, 150(4), 041726. https://doi.org/10.1063/1.5051429.

Vos, J. G., Liu, Z., Speck, F. D., Perini, N., Fu, W., Cherevko, S., & Koper, M. T. M. (2019). Selectivity trends between oxygen evolution and chlorine evolution on iridium-based double perovskites in acidic media. ACS Catalysis, 9(9), 8561–8574. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01159.

Kurzweil, P. (2023). Electrochemical devices: History of electrochemistry. Reference module in chemistry, molecular sciences and chemical engineering. Elsevier. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-96022-9.00022-0.