Дослідження ефективності процесу осадження електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС, отриманих на металевій підложці з концентрованих розчинів

Автор(и)

  • Валерій Анатолійович Коток Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8879-7189
  • Вадим Леонідович Коваленко Український державний хіміко-технологічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-8012-6732
  • Ровіл Касимович Нафєєв Державний університет телекомунікацій, Україна https://orcid.org/0000-0003-2721-9718
  • Володимир Валентинович Вербицький Національний педагогічний університет ім. Драгоманова; Національний еколого-натуралістичний центр учнівської молоді, Україна https://orcid.org/0000-0001-7045-8293
  • Олена Сергіївна Мельник Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-5763-0431
  • Ірина Леонідівна Плаксієнко Полтавський державний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-1002-4984
  • Ігор Миколайович Коваленко Сумський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-4957-2352
  • Вікторія Григорівна Столяренко Криворізький державний педагогічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-4665-5710
  • Валерій Якович Плаксієнко Полтавський державний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-0371-1054
  • Ірина Вікторівна Замрій Державний університет телекомунікацій, Україна https://orcid.org/0000-0001-5681-1871

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246511

Ключові слова:

електрохромізм, електроосадження, гідроксид нікелю, полівініловий спирт, нітрат нікелю, вихід за струмом

Анотація

Електрохімічні пристрої на основі електродів з гідроксидом нікелю застосовуються в різних напрямках. Основні з них – хімічні джерела струму, «розумні» вікна із змінною прозорістю, пристрої для проведення електрокаталітичних реакцій, датчики для визначення різних речовин. У зв'язку з цим викликають великий інтерес методи синтезу гідроксиду нікелю і особливо ті, які дозволяють утворювати гідроксид нікелю безпосередньо на поверхні електродів. Одним із таких методів є електрохімічний метод нанесення при катодній поляризації струмом.

Розглянуті відомості щодо синтезу гідроксиду нікелю з розчинів нікелю та показано, що наявні дані охоплюють в основному інформацію щодо розбавлених розчинів від 0.01 до 0.25 М Ni(NO3)2. Крім того, в літературі не було виявлено даних щодо порівняння ефективності процесу катодного утворення Ni(OH)2 при різних концентраціях нітрату нікелю.

Для того, щоб усунути наявний брак інформації, була визначена залежність значень виходу за струмом від концентрації нітрату нікелю в розчині електроосаджування при постійній катодній густині струму – 0,625 мА/см2. Отримана залежність нелінійно знижувалась при збільшенні концентрації. Сформовані при цьому осадки гідроксиду нікелю мають рентгеноаморфну структуру, і вона мало залежить від концентрації Ni(NO3)2. Крім того, значення виходу за струмом досягають нульових значень при концентрації 1.5 М Ni(NO3)2 та вище. Тем не менш, при наявності в розчині полівінілового спирту та концентрації Ni(NO3)2 1.5М і 2М осаджувались електрохімічно та електрохромно активні плівки Ni(OH)2. Вихід за струмом, розрахований не прямим шляхом для розчинів 1.5М і 2М Ni(NO3)2 склав 3.2 і 2.3 % відповідно. Таким чином, був зроблений висновок про те, що полівініловий спирт впливає на механізм електроосадження гідроксиду нікелю з водних розчинів нітрату нікелю

Біографії авторів

Валерій Анатолійович Коток, Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра процесів і апаратів, та загальної хімічної технології

Вадим Леонідович Коваленко, Український державний хіміко-технологічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра аналітичної хімії та хімічної технології харчових добавок і косметичних засобів

Ровіл Касимович Нафєєв, Державний університет телекомунікацій

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра фізики

Володимир Валентинович Вербицький, Національний педагогічний університет ім. Драгоманова; Національний еколого-натуралістичний центр учнівської молоді

Доктор педагогічних наук, професор

Кафедра медико-біологічних та валеологічних основ охорони життя і здоров’я

Директор

Олена Сергіївна Мельник, Сумський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент, старший науковий співробітник

Науково-дослідна частина

Ірина Леонідівна Плаксієнко, Полтавський державний аграрний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра екології, збалансованого природокористування та захисту довкілля

Ігор Миколайович Коваленко, Сумський національний аграрний університет

Доктор біологічних наук, професор, декан факультету

Кафедра екології та ботаніки

Факультет агротехнологій та природокористування

Вікторія Григорівна Столяренко, Криворізький державний педагогічний університет

Кандидат хімічних наук, доцент

Кафедра хімії та методики її навчання

Валерій Якович Плаксієнко, Полтавський державний аграрний університет

Доктор економічних наук, професор

Кафедра бухгалтерського обліку та економічного контролю

Ірина Вікторівна Замрій, Державний університет телекомунікацій

Кандидат фізико-математичних наук, доцент

Кафедра вищої математики, математичного моделювання та фізики

Посилання

  1. Zayani, W., Azizi, S., El‐Nasser, K. S., Othman Ali, I., Molière, M., Fenineche, N. et. al. (2021). Electrochemical behavior of a spinel zinc ferrite alloy obtained by a simple sol-gel route for Ni-MH battery applications. International Journal of Energy Research, 45 (4), 5235–5247. doi: https://doi.org/10.1002/er.6140
  2. Yang, J., Chen, J., Wang, Z., Wang, Z., Zhang, Q., He, B. et. al. (2021). High‐Capacity Iron‐Based Anodes for Aqueous Secondary Nickel–Iron Batteries: Recent Progress and Prospects. ChemElectroChem, 8 (2), 273–273. doi: https://doi.org/10.1002/celc.202001556
  3. Pourabdollah, K. (2021). Fouling and corrosion of electrode plates in nickel cadmium batteries. Engineering Failure Analysis, 130, 105797. doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105797
  4. Peng, Z., Yang, C., Zhao, Q., Liang, F., Yun, S., Liu, R. et. al. (2022). Ultra-dispersed nickel–cobalt sulfides on reduced graphene oxide with improved power and cycling performances for nickel-zinc batteries. Journal of Colloid and Interface Science, 607, 61–67. doi: https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.193
  5. Jiang, T., Chen, W. (2021). Nickel hydrogen gas batteries: From aerospace to grid-scale energy storage applications. Current Opinion in Electrochemistry, 30, 100859. doi: https://doi.org/10.1016/j.coelec.2021.100859
  6. Li, J., Wang, L., Yang, Y., Wang, B., Duan, C., Zheng, L. et. al. (2021). Rationally designed NiMn LDH@NiCo2O4 core–shell structures for high energy density supercapacitor and enzyme-free glucose sensor. Nanotechnology, 32 (50), 505710. doi: https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac2764
  7. Shi, M., Zhao, M., Jiao, L., Su, Z., Li, M., Song, X. (2021). Novel Mo-doped nickel sulfide thin sheets decorated with Ni–Co layered double hydroxide sheets as an advanced electrode for aqueous asymmetric super-capacitor battery. Journal of Power Sources, 509, 230333. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230333
  8. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L. (2019). Non-Metallic Films Electroplating on the Low-Conductivity Substrates: The Conscious Selection of Conditions Using Ni(OH)2 Deposition as an Example. Journal of The Electrochemical Society, 166 (10), D395–D408. doi: https://doi.org/10.1149/2.0561910jes
  9. Wang, W., Li, Z., Yu, Z., Su, G. (2021). The stabilization of Ni(OH)2 by In2O3 rods and the electrochromic performance of Ni(OH)2/In2O3-rod composite porous film. Thin Solid Films, 734, 138839. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.138839
  10. Cibrev, D., Jankulovska, M., Lana-Villarreal, T., Gómez, R. (2014). Potentiostatic Reversible Photoelectrochromism: An Effect Appearing in Nanoporous TiO2/Ni(OH)2 Thin Films. ACS Applied Materials & Interfaces, 6 (13), 10304–10312. doi: https://doi.org/10.1021/am5017396
  11. Fleischmann, M., Korinek, K., Pletcher, D. (1972). The oxidation of hydrazine at a nickel anode in alkaline solution. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, 34 (2), 499–503. doi: https://doi.org/10.1016/s0022-0728(72)80425-x
  12. Wang, H., Lu, L., Subramanian, P., Ji, S., Kannan, P. (2021). Co, Fe-ions intercalated Ni(OH)2 network-like nanosheet arrays as highly efficient non-noble catalyst for electro-oxidation of urea. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (69), 34318–34332. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.08.022
  13. Ganesh, V., Farzana, S., Berchmans, S. (2011). Nickel hydroxide deposited indium tin oxide electrodes as electrocatalysts for direct oxidation of carbohydrates in alkaline medium. Journal of Power Sources, 196 (23), 9890–9899. doi: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.08.031
  14. Ganesh, V., Latha Maheswari, D., Berchmans, S. (2011). Electrochemical behaviour of metal hexacyanoferrate converted to metal hydroxide films immobilized on indium tin oxide electrodes—Catalytic ability towards alcohol oxidation in alkaline medium. Electrochimica Acta, 56 (3), 1197–1207. doi: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.11.015
  15. Shang, K., Zhu, J., Meng, X., Cheng, Z., Ai, S. (2012). Multifunctional Fe3O4 core/Ni–Al layered double hydroxides shell nanospheres as labels for ultrasensitive electrochemical immunoassay of subgroup J of avian leukosis virus. Biosensors and Bioelectronics, 37 (1), 107–111. doi: https://doi.org/10.1016/j.bios.2012.04.035
  16. Guo, X., Deng, H., Fu, Q. (2020). An unusual decrease in dielectric constant due to the addition of nickel hydroxide into silicone rubber. Composites Part B: Engineering, 193, 108006. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2020.108006
  17. Jayashree, R. S., Kamath, P. V. (2001). Nickel hydroxide electrodeposition from nickel nitrate solutions: mechanistic studies. Journal of Power Sources, 93 (1-2), 273–278. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-7753(00)00568-1
  18. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Kovalenko, P. V., Solovov, V. A., Deabate, S., Mehdi, A. et. al. (2017). Advanced electrochromic Ni(OH)2/PVA films formed by electrochemical template synthesis. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12 (13), 3962–3977. Available at: https://www.researchgate.net/publication/318452605_Advanced_electrochromic_NiOh2PVA_films_formed_by_electrochemical_template_synthesis
  19. Hall, D. S., Lockwood, D. J., Poirier, S., Bock, C., MacDougall, B. R. (2012). Raman and Infrared Spectroscopy of α and β Phases of Thin Nickel Hydroxide Films Electrochemically Formed on Nickel. The Journal of Physical Chemistry A, 116 (25), 6771–6784. doi: https://doi.org/10.1021/jp303546r
  20. Tan, Y., Srinivasan, S., Choi, K.-S. (2005). Electrochemical Deposition of Mesoporous Nickel Hydroxide Films from Dilute Surfactant Solutions. Journal of the American Chemical Society, 127 (10), 3596–3604. doi: https://doi.org/10.1021/ja0434329
  21. Fu, G., Hu, Z., Xie, L. et. al. (2009). Electrodeposition of nickel hydroxide films on nickel foil and its electrochemical performances for supercapacitor. International Journal of Electrochemical Science, 4 (8), 1052–1062. Available at: http://www.electrochemsci.org/papers/vol4/4081052.pdf
  22. Kim, G.-B., Ganesh Kumar, V., Bae, S.-W., Lee, J.-S. (2006). Contraction of Alpha-nickel Hydroxide Layers by Excess Coulombic Attraction of Anions. Journal of the Korean Chemical Society, 50 (2), 141–152. doi: https://doi.org/10.5012/jkcs.2006.50.2.141
  23. Jayashree, R. S., Vishnu Kamath, P. (1999). Factors governing the electrochemical synthesis of α-nickel (II) hydroxide. Journal of Applied Electrochemistry, 29, 449–454. doi: https://doi.org/10.1023/A:1003493711239
  24. Mortimer, R. J., Sialvi, M. Z., Varley, T. S., Wilcox, G. D. (2014). An in situ colorimetric measurement study of electrochromism in the thin-film nickel hydroxide/oxyhydroxide system. Journal of Solid State Electrochemistry, 18 (12), 3359–3367. doi: https://doi.org/10.1007/s10008-014-2618-5
  25. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). The properties investigation of the faradaic supercapacitor electrode formed on foamed nickel substrate with polyvinyl alcohol using. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (12 (88)), 31–37. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108839
  26. Kotok, V. A., Malyshev, V. V., Solovov, V. A., Kovalenko, V. L. (2017). Soft Electrochemical Etching of FTO-Coated Glass for Use in Ni(OH)2-Based Electrochromic Devices. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 6 (12), P772–P777. doi: https://doi.org/10.1149/2.0071712jss
  27. Kalu, E. E., Nwoga, T. T., Srinivasan, V., Weidner, J. W. (2001). Cyclic voltammetric studies of the effects of time and temperature on the capacitance of electrochemically deposited nickel hydroxide. Journal of Power Sources, 92 (1-2), 163–167. doi: https://doi.org/10.1016/s0378-7753(00)00520-6
  28. Kotok, V., Kovalenko, V. (2017). The electrochemical cathodic template synthesis of nickel hydroxide thin films for electrochromic devices: role of temperature. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (11 (86)), 28–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.97371
  29. Kotok, V. A., Kovalenko, V. L., Zima, A. S., Kirillova, E. A. Burkov, A. A., Kobylinska, N. G. et. al. (2019). Optimization of electrolyte composition for the cathodic template deposition of Ni(OH)2-based electrochromic films on FTO glass. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 14 (2), 344–353. Available at: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2019/jeas_0119_7562.pdf
  30. Kotok, V., Kovalenko, V. (2019). Optimization of the deposition conditions for Ni(OH)2 films for electrochromic elements of “smart” windows. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (5 (98)), 35–40. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.162572
  31. Hall, D. S., Bock, C., MacDougall, B. R. (2013). The Electrochemistry of Metallic Nickel: Oxides, Hydroxides, Hydrides and Alkaline Hydrogen Evolution. Journal of The Electrochemical Society, 160 (3), F235–F243. doi: https://doi.org/10.1149/2.026303jes
  32. Kotok, V., Kovalenko, V., Nafeev, R., Verbitskiy, V., Melnyk, O., Plaksiienko, I. et. al. (2021). A study of physico-chemical characteristics of electrochromic Ni(OH)2-PVA films on fto glass with different deposition duration. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (12 (113)), 39–46. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242853
  33. Kotok, V., Kovalenko, V., Nafeev, R., Verbitskiy, V., Lominoga, E., Melnyk, O. et. al. (2021). Determination of the effect of exposure conducted in KOH solutions at different temperatures on the properties of electrochromic Ni(OH)2-PVA films. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (6 (112)), 60–66. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239151
  34. Liu, A., Zhu, Y., Li, K., Chu, D., Huang, J., Li, X. et. al. (2018). A high performance p-type nickel oxide/cuprous oxide nanocomposite with heterojunction as the photocathodic catalyst for water splitting to produce hydrogen. Chemical Physics Letters, 703, 56–62. doi: https://doi.org/10.1016/j.cplett.2018.05.020
  35. Berezovska, I. S., Yanishpolskii, V. V., Tertykh, V. A., Burmistr, M. V., Sukhyy, K. M. (2006). Role of ionene in composition of porous structure of template-synthesized silicas. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 86 (1), 93–96. doi: https://doi.org/10.1007/s10973-006-7579-1

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-22

Як цитувати

Коток, В. А., Коваленко, В. Л., Нафєєв, Р. К., Вербицький, В. В., Мельник, О. С., Плаксієнко, І. Л., Коваленко, І. М., Столяренко, В. Г., Плаксієнко, В. Я., & Замрій, І. В. (2021). Дослідження ефективності процесу осадження електрохромних плівок Ni(OH)2-ПВС, отриманих на металевій підложці з концентрованих розчинів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (114), 27–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.246511

Номер

Том 6 № 12 (114) (2021): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Valerii Kotok, Vadym Kovalenko, Rovil Nafeev, Volodymyr Verbitskiy, Olena Melnyk, Iryna Plaksiienko, Igor Kovalenko, Viktoriia Stoliarenko, Valerii Plaksiienko, Iryna Zamrii

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.