Elektrohemijska kataliza reakcije izdvajanja vodonika na modifikovanim površinama zlata, platine i paladijuma
Electrochemical catalysis of hydrogen evolution reaction on modified surfaces of gold, platinium and palladium
Author
Smiljanić, Mulutin Lj.
Mentor
Grgur, Branimir
Committee members
Štrbac, Svetlana
Rakočević, Zlatko

Metadata
Show full item recordAbstract
Elektrokataliza reakcije izdvajanja vodonika ispitana je u kiseloj i alkalnoj
sredini na bimetalnim sistemima Pd/Au(111), Rh/Au(111), Pd/Pt(poly), Rh/Pt(poly) i
Rh/Pd(poly). Kao tehnika pripreme bimetalnih elektroda odabrana je spontana
depozicija, čime je omogućeno da se pri različitim vremenima dobijaju strukture sa
različitim pokrivenostima. Sam proces spontane depozicije je praćen promenom
potencijala otvorenog kola, čime je omogućen adekvatan izbor vremena depozicije na
osnovu brzine deponovanja i dostizanja saturacione pokrivenosti supstrata.
Strukturna (površinska) karakterizacija modifikovanih i osnovnih elektroda
izvedena je ex situ tehnikom mikroskopije atomskih sila. Istovremenim snimanjem
topografskih i faznih slika, omogućen je uvid u različite karakteristike površine
bimetalnih elektroda, kao što su dimenzije deponovanih ostrva, preferencijalna
depozicija na određenim površinskim mestima, eventualno prisustvo nečistoća i
pokrivenost supstrata depozitom. U svim slučajevima... primećen je ostrvski rast depozita,
kao i pokrivenosti ispod jednog monosloja.
Klasične elektrohemijske tehnike ciklične i linearne voltametrije su poslužile za
elektrohemijsku karakterizaciju, ispitivanje katalitičkih svojstava bimetalnih sistema i
predlaganje mogućih reakcionih mehanizama za izdvajanje vodonika. Dobijeni rezultati
su pokazali da svi bimetalni sistemi pokazuju bolju aktivnost od čistog suptrata, u barem
jednom elektrolitu. Sistem Pd/Au(111) je pokazao značajno poboljšanje aktivnosti u
odnosu na monokristal zlata, dok je sistem Rh/Au(111) pokazao još veću aktivnost za
izdvajanje vodonika, koja je veoma bliska aktivnosti platine. Sistemi Pd/Pt(poly) i
Rh/Pt(poly) su aktivniji od Pt(poly) u alkalnom elektrolitu, što je veoma značajno
imajući u vidu da je Pt najaktivniji metal za reakciju izdvajanja vodonika. Sistem
Rh/Pd(poly) je takođe pokazao poboljšana katalitička svojstva od supstrata, posebno u
alkalnoj sredini. Unapređena katalitička aktivnost ispitanih nanostruktura je u svim
slučajevima objašnjena geometrijskim i elektronskim efektom supstrata na depozit,
usled kojeg bimetalne strukture poseduju drugačija elektrokatalitička svojstva od
konstitutivnih metala.
Electrocatalysis of the hydrogen evolution reaction was examined on bimetallic
electrodes Pd/Au(111), Rh/Au(111), Pd/Pt(poly), Rh/Pt(poly) and Rh/Pd(poly) in both
acid and alkaline electrolytes. Preparation of the bimetallic electrodes with different
coverage was carried out by the spontaneous deposition during different times. The
spontaneous deposition process was monitored by chronopotentiometric measurement
of open circuit potential, which enabled adequate choice of the deposition times based
on the deposition rate and the achievement of the saturation coverage.
Surface characterization of the modified bimetallic electrodes, as well as base
substrate electrodes, were performed ex situ by atomic force microscopy.
Simultaneously recorded topographic and phase images provided insight into different
characteristics of the bimetallic surfaces, such as the dimensions of the deposited
islands, occurrence of the preferential deposition along specific surface sites and the
substrate coverag...e with deposited islands. In all cases, atomic force microscopy
revealed that the spontaneous deposition follows the island growth with submonolayer
coverage.
Classical electrochemical techniques were used for electrochemical
characterization and exploration of the catalytic properties for hydrogen evolution, and
proposition of the possible reaction mechanisms. Results have shown that all bimetallic
electrodes exhibited higher activities than bare substrate, in at least one electrolyte. In
the case of Au(111) substrate, Pd/Au(111) electrodes have shown high activity for
hydrogen evolution, while even higher activity, which is close to the activity of
platinum, was obtained for Rh/Au(111) electrodes. Bimetallic electrodes Pd/Pt(poly)
and Rh/Pt(poly) are more active than bare Pt(poly) in alkaline media, which is very
important due to the fact that Pt is the most active metal for hydrogen evolution.
Rh/Pd(poly) electrodes have shown enhanced catalytic properties for this reaction with
respect to Pd(poly), which are more pronounced in alkaline media.
The improved catalytic activity of the hereby explored bimetallic electrodes was
interpreted by the means of geometric and electronic effects of the substrates, which are
responsible for different electrocatalytic properties with respect to both constitutive
metals.