ПОРИСТАЯ  СТРУКТУРА  ПРОДУКТОВ  ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО  ОКИСЛЕНИЯ  МЕДИ  И  КАДМИЯ

Устюгов  Александр  Михайлович

студент  2  курса  магистратуры,  кафедра  общей  химической  технологии,  Институт  природных  ресурсов,  НИ  ТПУ,  РФ,  г.  Томск

Е-mail:  thedaaryk @outlook.com

Коробочкин  Валерий  Васильевич

научный  руководитель,  профессор,  кафедра  общей  химической  технологии,  Институт  природных  ресурсов,  НИ  ТПУ,  РФ,  г.  Томск

Технологии  электронных  продуктов  нового  поколения,  используемых  в  качестве  прозрачных  материалов,  основываются  на  применении  активных  оксидных  полупроводников  и  многокомпонентных  диэлектриков.  Особая  роль  при  этом  принадлежит  полупроводникам  n-  и  p-типа.  Актуальной  задачей  является  взаимное  допирование  в  широком  интервале  соотношений  наноструктурных  материалов,  имеющих  различный  тип  проводимости  с  целью  создания  композитов  заданного  состава  и  изделий  на  их  основе,  обладающих  уникальными  свойствами.  При  этом  важные  эксплуатационные  характеристики  зависят  от  параметров  пористой  структуры  материала.  Особенно  это  касается  материалов,  используемых  для  целей  катализа  и  сорбции.  Значение  удельной  поверхности  определяет  процессы  катализа  в  области  лимитирующей  стадии  химической  реакции,  в  то  время,  как  суммарный  объем  пор  характеризует  сорбционную  емкость  продуктов.  Диаметр  пор  вещества  влияет  на  возможность  диффузии  газов  и  паров  в  поровом  пространстве.  Наиболее  предпочтительными  для  указанных  областей  применения  являются  поры  с  размером  2—50  нм,  т.  е.,  находящиеся  в  диапазоне  мезапор  [3,  с.  94].

Целью  настоящей  работы  является  исследование  пористой  структуры  оксидных  материалов,  полученных  совместным  электрохимическим  окислением  на  переменном  токе  меди  и  кадмия.

Образцы  для  исследований  были  получены  в  неравновесных  условиях  синтеза:  электролиз  переменным  током  промышленной  частоты  при  варьировании  плотности  тока  в  интервале  1—3  А/см².  В  качестве  электролита  использовался  раствор  хлорида  натрия  с  концентрациями  3,  15  и  25  %  мас.  Температура  процесса  электролиза  100  °С.  Сушка  образцов  проводилась  при  температуре  110  °С.  Поляризация  металлов  на  переменном  токе  приводит  к  их  разрушению  с  образованием  нанодисперсных  оксидов  в  виде  порошков  [1,  с.  49].

Адсорбционные  измерения  проводились  с  помощью  прибора  NOVA.  В  качестве  адсорбата  использовался  азот.  Перед  измерениями  навески  образцов  (0,12—0,20  г)  тренировались  в  среде  газообразного  азота  в  течение  17  ч  при  температуре  150  °С.  Расчет  удельной  поверхности  проводился  с  помощью  метода  БЭТ  (по  изотерме  адсорбции)  по  результатам  измерений  в  интервале  равновесных  относительных  давлений  паров  азота  P/P₀  =  0.05−0.33.  Посадочная  площадка  молекулы  азота  в  заполненном  монослое  принимается  равной  0.162  нм².  Погрешность  измерения  величины  удельной  поверхности  составляет  ±  2.8  отн.  %.  Суммарный  объем  пор  определялся  по  величине  адсорбции  при  P/P₀  =  0.999.  Характеристики  пористой  структуры  материалов,  полученных  при  различных  условиях  синтеза,  приведены  в  таблице  1.

Таблица  1.

Характеристики  пористой  структуры  продуктов  электрохимического  окисления  меди  и  кадмия  в  растворе  хлорида  натрия

Из  таблицы  следует,  что  продукты  электрохимического  окисления  меди  и  кадмия  имеют  удельную  поверхность  в  интервале  2—19  м²/г,  незначительный  суммарный  объем  пор.  Вместе  с  тем  все  продукты  характеризуются  примерно  одинаковым  диаметром  пор,  находящимся  в  мезадиапазоне.  Видно,  что  строгой  корреляции  между  диаметром  пор  материала  и  удельной  поверхностью  не  существует,  это  также  касается  зависимости  удельной  поверхности  от  параметров  электролиза,  что  хорошо  видно  из  рис.  1.  Значительной  удельной  поверхностью  обладают  продукты  электролиза,  синтезированные  при  плотностях  тока  1  и  3  А/см²  в  растворе  хлорида  натрия  с  концентрацией  3  %  мас.  Следует  отметить,  что  значения  удельной  поверхности  материалов,  полученных  в  растворе  хлорида  натрия  с  концентрацией  25  %  мас.  имеют  наименьшие  показатели  из  всех  исследуемых  образцов. 

Максимальным  объемом  пор  характеризуются  материалы,  полученные  в  растворе  хлорида  натрия  с  концентрацией  25  %  мас.  и  при  значениях  плотности  тока  электролиза  1  и  2  А/см².  Это  хорошо  иллюстрирует  рис.  2.  Из  рис.  2  видно,  что  суммарный  объем  пор  материалов,  полученных  при  концентрации  хлорида  натрия  3  %  мас.  и  плотности  тока  1  и  2  А/см²  в  4—8  раз  меньше,  чем  этот  показатель  для  образцов,  синтезированных  в  растворе  хлорида  натрия  с  концентрацией  25  %  мас.

Рисунок  1.  Зависимость  удельной  поверхности  от  плотности  тока  электролиза  при  различной  концентрации  электролита

Рисунок  2.  Зависимость  удельного  объема  пор  от  плотности  тока  электролиза  при  различной  концентрации  электролита

В  результате  проведенных  исследований  следует  отметить,  что  материалы,  полученные  методом  электрохимического  окисления  на  переменном  токе  меди  и  кадмия,  обладают  диаметром  пор,  соответствующим  мезадиапазону.  Характеризуются  незначительным  суммарным  объемом  пор  и  удельной  поверхностью  в  интервале  2—19  м²/г.  Также  результаты  показали,  что  продукты  окисления  меди  и  кадмия  обладают  значениями  удельной  площади  поверхности  и  суммарным  объемом  пор,  превышающими  таковые  для  промышленных  образцов  в  2—5  раз  [2,  с.  55—56].

Параметры  электролиза  влияют  на  формирование  пористой  структуры  продуктов.  Увеличению  удельной  площади  поверхности  синтезированных  оксидов  металлов  способствуют  рост  плотности  переменного  тока  и  снижение  концентрации  щелочного  электролита  в  растворе  [1,  с.  51].

Список  литературы:

1.Коробочкин  В.В.,  Долинина  А.С.,  Усольцева  Н.В.,  Балмашнов  М.А.,  Горлушко  Д.А.,  Пугачева  С.Е.  Закономерности  процесса  совместного  электрохимического  окисления  на  переменном  токе  металлических  меди  и  кадмия  //  Известия  вузов.  Химия  и  химическая  технология.  —  2014.  —  Т.  57.  —  №  11.  —  C.  49—51.

2.Коробочкин  В.В.,  Ханова  Е.А.,  Жданова  Н.В.  Характеристика  пористой  структуры  оксидов  металлов  полученных  электрохимическим  синтезом  с  помощью  переменного  тока//  Успехи  современного  естествознания.  —  2004.  —  №  4  —  С.  55—56.

3.Плаченов  Г.Г.,  Колесников  С.Д.  Порометрия.  JL:  Химия,  1988.  —  176  с.