ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ МИКРО - И НАНОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИДА МЕДИ (I) ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПЕРЕМЕННОГО ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

, студент (магистр),

, к. т.н., доц.

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. , 346428, Ростовская обл., 32,
тел.(8635)25-56-60

E-mail: *****@***ru

Cu2O – полупроводник p-типа с шириной запрещенной зоны 2,0 – 2,2 эВ, поэтому его применение для преобразования солнечной энергии в электрическую весьма перспективно. Также исследования оксида меди (I), в том числе и в составе различных гетероструктур, направлены на использование его в качестве материала для пигментов, фотокатализаторов, солнечных элементов, литий-ионных батарей, суперконденсаторов, для очистки сточных вод от органических соединений, окисления CO и т. д.

Существуют различные способы получения оксида меди (I), такие как: восстановление солей и оксида меди (II), термическое окисление, электрохимический синтез и т. д. Многие из известных методов связаны с определенными трудностями: наличие повышенных температур, сложность стадий и длительность процесса. Известен  способ получения оксидов металлов с использованием постоянного тока, который влечет за собой повышение энергозатрат в результате увеличения напряжения по сравнению с постоянным током [1], а также требует использования дорогостоящего оборудования для его выпрямления и осложняется пассивационными процессами. Электрохимический синтез под действием переменного тока имеет следующие преимущества: более высокую производительность процесса по сравнению с постоянным током, простоту и возможность контроля  морфологии и состава дисперсного порошка при изменении параметров синтеза.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В данной работе было изучено влияние условий электрохимического синтеза и параметров переменного импульсного тока на скорость образования порошка Cu2O.

Было исследовано влияние состава электролита на скорость разрушения медных электродов. Среди растворов хлорида аммония, гидроксида натрия и хлорида натрия наибольшая скорость разрушения в исследуемом интервале плотностей тока наблюдалась в растворе 2М NaCl при плотности переменного импульсного тока 1,5 А/см2. При этом увеличение концентрации ионов Cl - в растворе приводило к значительному уменьшению скорости разрушения меди. Это, видимо, связано с изменением механизма ионизации и солевой пассивацией поверхности электродов [2]. Авторы [3] предлагают механизм анодного растворения меди с образованием Cu2O в щелочных растворах хлорида натрия.

Основная анодная реакция:

Cu+nCl--e→CuCln1-n

Основная катодная реакция:

2H2O + 2e → H2 + 2OH−

Сu2O образуется в результате химической реакции:

2CuCln1-n+2OH-→ Сu2O+H2O+2nCl-

Возможно рассмотреть эти реакции применительно к объяснению основных процессов, протекающих на электродах под действием переменного импульсного тока. В катодный полупериод происходит выделение водорода, который способствует отрыву дисперсных частиц оксида от поверхности электрода, а также образование групп OH-, в результате чего приэлектродное пространство приобретает pH=12.

Плотность переменного тока сильно влияет на скорость разрушения электродов и размер образующихся частиц в растворе 2М NaCl. Так, при увеличении плотности тока в интервале 0,2 – 1,5 А/см2 скорость возрастает от 9,4 до 65,7 мг/см2∙ч, а размер частиц уменьшается от 3 мкм до 50 нм. В работе [4] было исследовано поведение медных электродов при электролизе в растворах щелочи под действием переменного тока промышленной частоты, при этом при повышении плотности тока увеличивалась скорость окисления и изменялось соотношение содержания оксидов Cu2O и СuO в порошке.

Применение асимметричного переменного импульсного тока интенсифицирует процесс образования порошка оксида меди (I) во много раз. Данные по скоростям разрушения медных электродов при различных соотношениях анодного и катодного импульсов и плотностях тока представлены в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость скорости разрушения медных электродов под действием переменного импульсного тока в растворе 2М NaCl от соотношения анодного и катодного импульсов и плотностей тока




Скорость разрушения медных электродов, мг/см2·ч

1:1

1:2

1:4

Плотность тока, A/см2

Плотность тока, A/см2

Плотность тока, A/см2

0,2

0,5

1,0

1,5

0,1:0,2

0,2:0,4

0,3:0,6

0,1:0,4

0,2:0,8

0,3:1,2

8.6

21.2

55.8

65,7

48.0

78.4

232.1

148,8

297.2

450.2

Таким образом, в работе было изучено влияние условий электрохимического синтеза под действием симметричного и асимметричного переменного импульсного тока на скорость образования порошка оксида меди (I). При этом были определены оптимальные параметры процесса с точки зрения выхода конечного продукта: раствор хлорида натрия с концентрацией 2 моль/л, асимметричный переменный импульсный ток с соотношением плотностей тока 0,3:1,2 А/см2.

Список литературы:

1.   Перенапряжение  электродных  реакций  в  растворах  при  прохождении  симметричного  переменного  тока //  Журнал  физической  химии. – 1979. – №3. – С. 2048 – 2051.

2. , . Физико-химические закономерности химического и электрохимического растворения меди и ее сплавов в различных растворах // Вісник Харківського національного університету. – 2004. - № 000. – С.155 – 178.

3. J. Ji, W. C.Cooper. Electrochemical preparation  of  cuprous  oxide  powder: Part  I.  Basic electrochemistry // Journal of Applied Electrochemistry. – 1990. - №20. – С.818 – 825.

4. , , . Закономерности синтеза нанодисперсных оксидов меди электролизом на переменном токе в растворе щелочи // Известия Томского политехнического университета. -  2010. - № 3. – С.13 – 16.