CC BY
29
72
KiMYA PROBLEML9R1 № 1 2017
UOT 541.13
TiOSULFAT iONLARININ MOLiBDEN ELEKTRODDA ELEKTROREDUKSiYA
PROSESiNiN TODQiQi
S.F.Cafarova2, V.A.Macidzada1, A.^.Oliyev1
1AMEA akad. M.Nagiyev adina Kataliz vs Qeyri-uzvi Kimya institutu AZ1143, Baki, H.Cavidpr., 113, e-mail:[email protected] 2AMEA akad. H.Abdullayev adina Fizika institutu AZ 1143, Baki, H.Cavid pr., 133, e-mail: azhep@ physics.ab.az
Tsqdim olunan i§ Mo elektrodu uzsrinds tiosulfat ionlarinin katodda reduksiya prosesinin kinetika vs mexanizminin aydinla^dirilmasina hssr edilmi^dir. Musyysn edilmi^dir ki, bu proses elektrokimysvi polyarizasiyasi ils mu^ayist olunur. Polyarizasiyanin tsbisti musyysnls^dirildikdsn sonra bir sira faktorlarin Mo elektrodu uzsrinds tiosulfat ionlarinin katodda reduksiya prosesins tssiri tsdqiq edilmi^dir.
Agar sozldri: tiosulfat ionlari, Mo elektrod, polyarizasiya, elektroreduksiya
GIRi§
Molibden sulfidin fiziki, kimyavi xassalari onun texnikanin muxtalif sahalarinda, o cumladan yuksak temperatura davamli ozuyaglayici kompozit material, neft-kimya sanayesinda neftin kukurdsuzla§-dirilmasinda katalizator, fotoelektrokimyavi yolla hidrogenin alinmasi prosesinda fotokatalizator kimi geni§ tatbiq imkanlarina §arait yaradir. Bu baximdan molibden sulfidi tatbiq sahasindan asili olaraq muxtalif usullarla sintez etmak olar [1-12]. Molibden sulfidin fotokatalizator kimi istifadasi u9un onun nazik tabaqalar va nanostrukturlar §aklinda alinmasi texnologiyasinin i§lanib hazirlanmasi aktual olan masalalardan biridir.
MoS2-in nazik tabaqalar va nanostrukturlar §aklinda alinmasi usullarindan biri va an perspektivlisi elektrokimyavi usuldur. Elektrokimyavi usulla sulu mahlullardan MoS2-nin alinmasi bir sira
tadqiqat9ilar tarafindan tadqiq edilmi§dir [1, 10]. Lakin bu tadqiqatlar xaotik xarakterli olmaqla, hartarafli oyranilmami§dir. MoS2-nin elektrokimyavi yolla 9okdurulmasi prosesinin kinetika va mexanizmini daqiq ara§dirmaq u9un, ilk olaraq birla§manin tarkibina daxil olan komponentlarin (Mo va S) ayri-ayriliqda sulu mahlullarda 9okdurulmasi prosesinin kinetika va mexanizminin tadqiq olunmasi vacib §artlardan biridir. Molibdenin sulu mahlullarinda molibdat ionunun katodda reduksiya prosesinin kinetika va mexanizmi bazi elektrodlar uzarinda hartarafli tadqiq edilmi§dir [13]. Kukurdun sulfit va tiosulfat ionlarindan Ni va Pt elektrodlarda reduksiya prosesi hartarafli aydinla§dirilmi§dir [14-15]. Bu baximdan taqdim olunan maqala tiosulfat ionlarinin molibden elektrodunda reduksiya prosesinin kinetika va mexanizminin oyranilmasina hasr edilmi§dir.
TecRUBi Hisse
Tiosulfat ionlarinin molibden elektrodu uzarinda reduksiya prosesi a§agidaki kimi aparilmi§dir. Tadqiq edilan elektrolit mahlulu natrium-tiosulfat duzunun (Na2S2O3) distilla suyunda hall edilmasila hazirlanmi§dir.
Polyarizasiya ayrilari iVIUMSTAT Electrochemical interface potensiostatinda 9akilmi§dir. Bu zaman u9elektrodlu elektrolizyordan istifada edilmi§dir. i§9i
elektrod kimi sathi 2.04-10-2 sm2 olan Mo elektrodu, muqayisa elektrodu olaraq gumu§-xlor (Ag/AgCl), komak9i elektrod kimi isa sathi 1.5 sm olan Pt lovhadan istifada olunmu§dur. Tiosulfat ionlarinin Mo elektrodu uzarinda katodda reduksiya prosesi zamani elektrolit mahlulunun temperaturu UTU - 4 universal termostatinin komayila
tanzimlanmi§dir.
KlMYA PROBLEMLORi № 1 2017
S.F.CaFÖROVA va b.
?S
N0TÍC0L0R ve ONLARIN MÜZAKÍReSÍ
Mo elektrodu üzarinda tiosulfat ionlarinin katodda reduksiya prosesi adi çaraitda va temperaturun tasirila öyranilmi§dir. 298 - 358K intervalinda potensiodinamik üsulla çakilan tsiklik polyarizasiya ayrilarindan görünür ki, temperaturun artmasi ila reduksiya prosesinin baçlangic potensiali müsbat tarafa sürü§ür. Bu zaman tiosulfat
ionunun katodda reduksiya prosesina sarf olunan carayan da temperaturun artmasi ila artir. Yani temperaturun yüksalmasi reduksiya prosesini asanlaçdirir. §akil 1-dan görünür ki, 298 K temperaturda tiosulfat ionlarinin reduksiyasi - 0.5 V, 358 K temperaturda isa -0.33 V potensialdan baçlayir.
§akil 1. Mo elektrodda tiosulfat ionlarinin katodda reduksiya polyarizasiya ayrilari. Elektrolit (mol/l): 0.5 Na2S2O3. Temperatur (K): 1- 298; 2- 318; 3- 328; 4- 338; 5- 348; б- 358.
Çakilan polyarizasiya ayrilari asasinda katodda reduksiya prosesinin effektiv aktivlaçma enerjisi (Aef) hesablanmi§ va polyarizasiyanin tabiati müayyanla§dirilmi§dir. Polyarizasiyanin tabiatini tayin etmak ^ün §akil 1-daki polyarizasiya ayrilari asasinda
lgik - 1/T asililigi qurulmuç va bu asililiqdan aktivlaçma enerjisi hesablanmiçdir. Aef - E asililigindan göründüyü kimi tiosulfat ionlarinin Mo elektrodu üzarinda reduksiya prosesi elektrokimyavi polyarizasiya ila mü§ayiat olunur ( Aeff = 12.5 -13.8 kkal/mol).
§akil 2. lgik - 1/T asililigi. 1- (-0.2)V, 2- (-0.25)V, 3- (-0.3)V, 4- (0.35)V, 5- (-0.4)V, б- (-0.45)V, 7- (0.5)V, 8- (0.55)V, 9- (-0.6)V
Çakil 3. Effektiv aktivlaçma enerjisinin potensialdan asililigi.
KÍMYA PROBLEML9RÍ № 1 2C1?
74
TÍOSULFAT iONLARININ MOLÍBDEN ELEKTRODDA
Tiosulfat ionlarinin Mo elektrodu edilmi§dir. ilkin olaraq, elektrolitda bu ionlarin
üzarinda katodda reduksiya prosesinin kinetika qatiliginin tasirini müayyanla§dirilmasi ü9ün
va mexanizmi aydinla§dirildiqdan sonra bu tacrübalar 0.1 - 0.5 mol/l qatiliq intervalinda
prosesa bir sira faktorlarin tasiri tadqiq aparilmi§dir.
mA
£
<U i-3
Ü
00
-06
/ °>
i i . i 1.0 1 [ 1 1 -0.6 ' 1 0 0
§akil 4. Mo elektrodda tiosulfat ionlarinin katodda reduksiya prosesina tiosulfat ionlarinin qatiliginin tasiri: Na2S2Ü3 (mol/l): 1- 0.1; 2- 0.2; 3- 0.3; 4- 0.5, T = 298 K.
Potential
V
§akil 4 - daki tsiklik polyarizasiya ayrilarindan górünür ki, Mo elektrodu üzarinda tiosulfat ionlarinin qatiliginin 0.1 mol/l-dan 0.5 mol/l-a qadar artmasi ila 9ókma potensiali qanunauygun olaraq daha müsbat tarafa sürü§ür. Qanunauygunluq ham^nin elektrolitda tiosulfat ionlarinin qatiliginin artmasi ila carayan sixliginin qiymatinin da artmasi ila mü§ayat olunur. Tiosulfat ionunun har bir qatiligi ü9ün 9akilan polyarizasiya
ayrilarinda reduksiya prosesi - 0.14 V potensialdan ba§layir . Bu zaman reduksiya prosesina sarf olunan carayan 0.1 mol/l qatiliq ü9ün §akildaki 1-ci ayriya asasan - 2.68-10-A, 0.5 mol/l qatiliq ü9ün isa 4-cü ayriya isa asasan - 5.56-10- A ta§kil edir. Bu da elektrolitda tiosulfat ionlarinin qatiliginin artmasi ila katodda reduksiya prosesinin süratlanmasini góstarir.
Potential V
§akil 5. Mo elektrodda tiosulfat ionlarinin katodda reduksiya prosesina potensialin dayi§ma süratinin tasiri. Elektrolit (mol/l): 0.5 Na2S2Ü3. Ev (V/s): 1- 0.005; 20.01; 3- 0.05; 4- 0.08; 5- 0.3, 6- 0.5, T= 298 K.
Potensialin dayi§ma süratinin tasiri 0.005 - 0.5 V/s intervalda óyranilmi§dir (§akil 5). §akildan góründüyü kimi, potensialin dayi§ma süratinin artmasi ila tiosulfat ionlarinin Mo elektrodu üzarinda katodda reduksiya prosesi daha müsbat potensialda ba§ verir.
Aparilan bütün tadqiqatlardan bela naticaya galmak olar ki, Mo elektrodu üzarinda tiosulfat ionlarinin reduksiyasi bu ionlarin qatiliqlarinin va potensialin dayi§ma süratinin yüksak qiymatlarinda daha alveri§lidir.
KiMYA PROBLEML9RÍ № 1 2017
S.F.C3F3ROVA va b.
75
REFERENCES
1. Ghosh S.K., Srivastava C., Nath S., Celis J.P. Simple Formation of Nanostructured Molybdenum Disulfide Thin Films by Electrodeposition. Int. J. of Electrochemistry, 2013, p. 1-7.
2. Mahmud El-Roubi, A.Sh.Aliyev, Ch.A.Hasanov, M.N.Mamedov. Electro-deposition of cadmium sulphide. Kimya Problemleri. 2012, № 2, p. 194-206, ISSN 2221-8688.(In Azerbaijan).
3. Radisavljevic B., Radenovic A., Brivio J., Giacometti V., Kis A. Single-layer MoS2 transistors. Nat.Nanotechnol. 2011, 6, p. 147-150.
4. Zhou K G., Mao N.N., Wang H.X., Peng Y., Zhang H.L. A mixed-solvent strategy for efficient exfoliation of inorganic graphene analogues. Angew. Chem.Int. Ed. 50 2011, p.10839-10840.
5. Li Y., Wang H., Xie L, Liang Y., Hong G., Dai H. MoS2 Nanoparticles Grown on Graphene: An Advanced Catalyst for the Hydrogen Evolution Reaction. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, p. 7296-7299.
6. C. Altavilla, M. Sarno, P. Ciambelli "A Novel Wet Chemistry Approach for the Synthesis of Hybrid 2D Free-Floating Single or Multilayer Nanosheets of MS2@oleylamine (M=Mo, W)" Chem. Mater. 23, 2011, p.3879-3883.
7. S. Helveg, J.V. Lauritsen, E. L^gsgaard, I. Stensgaard, J.K. Norskov,B.S. Clausen, H. Topsoe, F. Besenbacher "Atomic-scale structure of single-layer MoS2 nanoclusters" Phys. Rev. Lett. 84, 2000, p. 951-954.
8. Lauritsen J.V., Kibsgaard J., Helveg S., Topsoe H., Clausen B.S., Lagsgaard E., Besenbacher F. Synthesis and Transfer of
Single-Layer Transition Metal Disulfides on Diverse Surfaces. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, p. 53-58.
9. Peng Y., Meng Z., Zhong C., Lu J., Yu W., Jia Y., Qian Y. Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition. Chem. Lett. , 2001, 30, p.772-773.
10. Balendhran S., Ou J.Z., Bhaskaran M., Sriram S., Ippolito S., Vasic Z., Kats E., Bhargava S., Zhuiykov S., Kalantarzadeh K. Atomically thin layers of MoS2 via a two step thermal evaporation-exfoliation method. Nanoscale. 2012, 4, p. 461-466.
11. Lee Y.H., Zhang X.Q., Zhang W. et al. Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition. Adv. Mater. 2012, 24, p. 2320-2325.
12. Samira Fikret Cafarova, Akif Shikhan Aliyev, Mahmoud Elrouby, N.Sh.Soltanova, Dilgam Babir Tagiyev. Studying the electrochemical deposition process of molybdenum from aqueous solution of molybdate ions. J. Electro-chem. Sci. Eng. 2015. 5(4), p. 231-235.
13. Akif Shikhan Aliyev, Mahmoud Elrouby, Samira Fikret Cafarova. Electrochemical syntesis of molybdenum sulfide semiconductor. Materials Science in Semiconductor Processing. 2015, 32, p. 31-39.
14. Akif Shikhan Aliyev, Mahmoud Elrouby, Abbasov M.T., Suleymanov A.S. Electrochemical Reduction Studies on the Behavior of Thiosulfate on Multi Walled Carbon Nano Tubes Paste Electrode. Nanoscience and Nanotechnology: An International Journal. 2013, 3(3), p. 6064.
RESEARCH INTO THE PROCESS OF ELECTROCHEMICAL REDUCTION OF THIOSULFATE IONS ON MOLYBDENUM ELECTRODE
2 11 S.F.Jafarova , V.A.Majidzade , A.Sh.Aliyev
1Acad. M.Nagiyev Institute of Catalysis and Inorganic Chemistry
[email protected] 2Acad. H.Abdullayev Institute of Physics 133, H. JavidAve., AZ 1143 Baku,; e-mail: [email protected]
KÉMYA PROBLEML9RÎ № 1 2017
76
TiOSULFAT iONLARININ MOLiBDEN ELEKTRODDA
The paper deals with research into cathode reduction of thiosulfate ions on Mo electrode. Studies have been carried out in potentiometric regime at 298-358K temperature intervals. It revealed that rise in temperature facilitates the cathode process. The effective activation process energy (Aef) has been calculated and the nature of polarization identified on the basis of polarization curves. It found that this process is limited by electrochemical polarization. Also, the impact of concentration of thiosulfate ions (0.1-0.5 M) and development of potential (0.0050.5 V/s) on cathode process of the reduction of thiosulfate on Mo -electrode has also been studied. It established that reduction of thiosulfate ions on the Mo electrode has to be carried out at high values of both factors.
Keyword: thiosulfate ions, molybdenum electrode, polarization, electrochemical reduction
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТИОСУЛЬФАТ-ИОНОВ НА МOЛИБДЕНОВОМЭЛЕКТРОДЕ
2 11 С.Ф.Джафарова , В.А.Меджидзаде , А.Ш.Алиев
1 Институт Катализа и Неорганической Химии им. акад. М. Нагиева Национальной АН Азербайджана AZ1143Баку, пр.Г.Джавида, 113; e-mail:[email protected] 2Институт Физики им. акад. Г.Абдуллаева Национальной АН Азербайджана AZ1143 Баку, пр.Г.Джавида, 133; e-mail: azhep@ physics.ab.az
Представленная работа посвящена катодному восстановлению тиосульфат-ионов на поверхности молибденового электрода. Исследования проводились в потециодинамическом режиме в интервале температур 298-358 К. Установлено, что повышение температуры значительно облегчает катодный процесс. Из полученных поляризационных кривых была рассчитана эффективная энергия активации процесса (Аэф) и определена природа поляризации. Установлено, что процесс лимитируется электрохимической поляризацией. Было также исследовано влияние концентрации тиосульфат-ионов (0.1-0.5 М) и развертки потенциала (0.005 - 0.5 В/сек) на катодный процесс восстановления тиосульфат ионов на молибденовом электроде. Определено, что восстановление тиосульфат ионов на молибденовом электроде необходимо проводить при высоких значениях обоих этих факторов.
Ключевые слова: тиосульфат ионы, молибденовый электрод, поляризация, электрохимическое восстановление.
Redaksiyaya daxil olub 26.11.2016.
KiMYA PROBLEML9RÎ № 1 2017
