Спецкурс «Кинетика процессов в электрохимических устройствах»

Проф. Цирлина Галина Александровна (tsir@elch.chem.msu.ru)

С 20 октября 2018, по субботам в 15.30 до 18.30, в Ц-02а.

Ознакомительный курс рассчитан на студентов, специализирующихся по кафедре электрохимии (IX семестр), а также магистрантов и аспирантов ФНМ, химфака и физфака МГУ, Сколтеха и МФТИ, работающих по электрохимическим тематикам. В 2018 году в курсе акцентируются процессы Surface finishing.

Программа 

20.10

Поверхность электрода: методы определения геометрической и истинной поверхности. Идеально гладкие, шероховатые и пористые электроды, факторы шероховатости.

Граница электрод/раствор: полный и свободный заряд, электростатическая адсорбция, адсорбция с переносом заряда, хемосорбция. Методы характеристики межфазных границ.

Общеметодические вопросы электрохимического эксперимента: очистка воды и неводных растворителей, очистка солей, кислот и щелочей, деаэрирование, измерение потенциала электрода в ячейках разных конструкций, омический скачок и его компенсация. Как относиться к измерениям в ячейках неклассических конструкций? Организация тестовых экспериментов.

Иллюстрированный конспект

Практикум: ftp://electron@electr003.chem.msu.ru/PRAKTIKUM/, там djvu файл

Индивидуальные задачи

27.10

Кинетика процессов переноса электрона на поверхности неизменного состава: природа тафелевской зависимости и отклонений от нее (феноменология и теория), реалистичные возможности прогнозирования скоростей электродных процессов.

Определение кинетических параметров для процессов, наблюдаемых в режиме смешанного контроля (поправки на концентрационную поляризацию).

Побочные процессы в Surface finishing. Выделение водорода: стадийные механизмы, причины зависимости его скорости от природы металла и состава раствора, возможности селективного ингибирования в процессах гальваники. Выделение кислорода и процессы анодного окисления неводных растворителей. Анодные и катодные превращения фоновых электролитов.

Иллюстрированный конспект

10.11

Анодные процессы без образования новой фазы. Кинетика растворения металла. Электрохимическая размерная обработка. Электрополировка. Селективное растворение сплавов, роль поверхностной диффузии.

Анодные процессы c образованием новой фазы. Адсорбционная и фазовая пассивация металлов. Формирование анодных оксидных покрытий. Цветное оксидирование. Анодное изменение стехиометрии оксидов.

Иллюстрированный конспект

17.11

Электрокристаллизация металлов. Принципы выбора электролитов для осаждения гладких и матовых покрытий, морфология электролитических осадков, дендритный рост, фрактальные осадки. Типичные блескообразователи  в контексте адсорбции органических соединений на электродах. Особенности осаждения из расплавов и ионных жидкостей.

Нуклеация при кинетическом, смешанном и диффузионном контроле. Хроноамперометрия и модели для ее интерпретации. Возможности независимого определения числа активных центров и создания искусственных активных центров.

Иллюстрированный конспект

24.11

Анодая и катодная электрокристаллизация оксидов. Зависимость стехиометрии оксида от потенциала. Электрохимически индуцированное осаждение оксидов, индуцирующие реакции  (восстановление нитрата, перекиси, кислорода). Возможности эпитаксии.

Осаждение бинарных полупроводников. Одно- и двухстадийные схемы осаждения. Процессы восстановления кислородных соединений S, Se, Te.  Побочные процессы. Альтернативное химическое осаждение.

Иллюстрированный конспект

01.12

Осаждение многокомпонентных материалов. Парциальные поляризационные кривые и выбор режима осаждения сплава. Импульсные и ступенчатые режимы осаждения сверхрешеток и слоистых материалов. Осаждение проводящих полимеров.

Локальное электрохимическое модифицирование поверхности. Травление и заращивание зазоров. Осаждение и растворение в конфигурации зондовых микроскопов и сканирующего электрохимического микроскопа.

Иллюстрированный конспект

08.12 и 25.12

Семинары с обсуждением решений задач.

Вторые задачи для решивших первые

АРХИВ 2017

03.10 (вт) Устройства, работающие в условиях равновесия в электрохимической цепи (потенциометрические сенсоры).

Задача 1 — тренировочная: в этой статье каждому выбрать цепь с одним из варьируемых электролитов, рассчитать для нее диффузионный скачок потенциала по уравнению Планка и сравнить с результатами, приведенными в оригинале.

07.10 (сб) «Двойнослойные» конденсаторы. Процессы перезаряжения межфазных границ.

10.10 (вт) Первичные источники тока. Процессы растворения металлов и выделения водорода.

14.10 (сб) Редокс-аккумуляторы. Обратимые электродные реакции с участием реагентов и продуктов в растворах.

Задача 2 — первая основная: в книге Handbook of batteries (Eds D. Linden, Th. B. Reddy), 2002 выбрать один из первичных или вторичных источников тока. Найти независимые данные для расчета ЭДС и поляризаций электродов. Рассмотреть с учетом этих данных приведенные в книге (в текстовой, табличной и графической формах) технические характеристики устройств.

17.10 (вт) Семинар

21.10 (сб) Электрохимические устройства с перезаряжаемыми электродными материалами.

24.10 (вт) Вместо лекции — Фрумкинские чтения, с 14.00 в ауд. 446

28.10 (сб) Электролизеры — I. Промышленный электролиз в водных растворах.

31.10 (вт) Электролизеры — II. Электролиз в неводных средах и расплавах. Электрометаллургия.

07.11 (вт) Топливные элементы. Разнообразие процессов электрокатализа.

11.11 (сб) Электрохимическая сенсорика (амперометрические устройства).

14.11 (вт) Семинар

18.11 (сб) ‘Surface finishing’: процессы в гальванических ваннах, электрополировочных машинах, устройствах для электрохимической размерной обработки и цветного оксидирования.

21.11 (вт) Фотоэлектрохимические устройства и процессы.

25.11 (сб) Электрохимические ‘преобразователи информации’.

28.11 (вт) Что еще бывает или может появиться в прикладной электрохимии.

Задача 3 — последняя основная: индивидуальные задания по электроосаждению.

02.12 (сб) Семинар

Архив задач — 2016_1

Архив задач — 2016_2


АРХИВ — весенний семестр 2015 г. 

25.02 Сведения об электрохимической термодинамике и о строении заряженных межфазных границ, необходимые для любых электрохимических задач. Короткие задачи по электрохимической термодинамике — про редокс-потенцалы, которых нет в таблицах.
04.03 Кинетика электродных процессов в условиях медленного массопереноса в растворе. Вольтамперометрия. Вращающийся дисковый электрод. Задачи по диффузионной кинетике и диффузии ионов в растворах
11.03 Кинетика стадии переноса заряда, поляризационные кривые, зависимость энергии активации от потенциала электрода. Импеданс и опасности его использования. Задача по кинетике стадии переноса заряда
18.03 Кинетика процессов растворения и осаждения металлов. «Дофазовое» осаждение.
25.03 Электрохимические методы определения истинной поверхности дисперсных материалов. Особенности для композитов и материалов на носителях. Индивидуальные задачи по обработке реальных данных для композиционных электродных материалов.
01.04 Кинетика процессов в перезаряжаемых источниках тока с водными электролитами. Гидрид палладия как модель процессов интеркаляции.
08.04 Кинетика процессов в перезаряжаемых источниках тока с неводными электролитами.
15.04 Адсорбционные методы определения удельной поверхности (приглашенный лектор Л.Д.Аснин).
22.04 Электрохимические конденсаторы и электрохромные устройства.
29.04 Кинетика электрокаталитических процессов. Важнейшие электрокатализаторы — материаловедческие аспекты.
6.05 Процессы электролиза и электрохимические производства.
13.05 Семинар
Дальнейшие действия зависят от готовности решений всех задач Проект

Специализированная литература

  1. В.С.Багоцкий, А.М.Скундин, «Электрохимические источники тока», изд. «Энергоиздат», М., 1981.

Дополнительная литература

  1. Y. Marcus, Thermodynamics of solvation of ions. Part.5. Gibbs Free Energy of Hydration at 298.15 K. J. Chem. Soc Faraday Trans. 87 (1991) 2995-2999.
  2. Б.Б.Дамаскин, О.А.Петрий, Г.А.Цирлина, «Электрохимия», изд. «Химия», М., 2001 г.; второе издание, «КолосС-Химия», М., 2008 г.; третье издание, «Лань», С-Пб., 2015.
  3. Б.Б.Дамаскин, О.А.Петрий, «Введение в электрохимическую кинетику», Издательство «Высшая школа», М., 1983 г.
  4. А.Н.Фрумкин, В.С.Багоцкий, З.А.Иофа, Б.Н.Кабанов, «Кинетика электродных процессов», издательство МГУ, 1952 г.
  5. П.Делахей, «Двойной слой и кинетика электродных процессов», издательство «Мир», М., 1967 г.
  6. К.Феттер, «Электрохимическая кинетика», издательство «Химия», М., 1967 г.
  7. И.Корыта, И.Дворжак, В.Богачкова, «Электрохимия», издательство «Мир», М., 1977 г.
  8. Дж.Ньюмен, «Электрохимические системы», издательство «Мир», М., 1977 г.

 

Comments are closed.