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.
Практикум: ftp://electron@electr003.chem.msu.ru/PRAKTIKUM/, там djvu файл
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.
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.
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.
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.
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.
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 — весенний семестр 2015 г.
Специализированная литература
- В.С.Багоцкий, А.М.Скундин, «Электрохимические источники тока», изд. «Энергоиздат», М., 1981.
Дополнительная литература
- 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.
- 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.
- Б.Б.Дамаскин, О.А.Петрий, «Введение в электрохимическую кинетику», Издательство «Высшая школа», М., 1983 г.
- А.Н.Фрумкин, В.С.Багоцкий, З.А.Иофа, Б.Н.Кабанов, «Кинетика электродных процессов», издательство МГУ, 1952 г.
- П.Делахей, «Двойной слой и кинетика электродных процессов», издательство «Мир», М., 1967 г.
- К.Феттер, «Электрохимическая кинетика», издательство «Химия», М., 1967 г.
- И.Корыта, И.Дворжак, В.Богачкова, «Электрохимия», издательство «Мир», М., 1977 г.
- Дж.Ньюмен, «Электрохимические системы», издательство «Мир», М., 1977 г.
