ЕЛЕКТРОХІМІЧНЕ ОКИСНЕННЯ ПІРОЛУ НА ПОВЕРХНІ АМОРФНОГО СПЛАВУ Al87Ni8Y5 В 0,5 М РОЗЧИНІ СУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ

М. Yatsyshyn, Kh. Vlad, R. Serkiz, O. Reshetnyak, N. Pandiak

Анотація


Потенціодинамічним окисненням піролу в 0,25 Мводному розчині в 0,5 МH2SO4 на поверхні зовнішнього та контактного боків електрода з аморфного металевого сплаву складу Al87Ni8Y5 осаджено плівки поліпіролу. Розгортання потенціалу проводили в межах 200-1 400 мВ зі швидкістю 50 мВ/с. Проаналізовано циклічні вольтамперні криві й описано процес електрохімічного окиснення піролу й окисно-відновних перетворень поліпіролу на цьому електроді. З’ясовано, що принципової відмінності у топології плівок поліпіролу, осаджених з 0,25 М водному розчині в 0,5 М H2SO4, на Al87Ni8Y5 електроді немає.

Дослідження топології поверхні, морфології і структури частинок та складу підготовлених плівок поліпіролу на Al87Ni8Y5 електроді проводили безпосередньо на робочому електроді за допомогою інфрачервоної спектроскопії з ослабленою загальною відбивною здатністю і Фур’є перетворенням (FTIR-ATR), растрової електронної мікроскопії (RЕМ) та енергодисперсійного рентгенівського мікроаналізу (ЕDХ).

За допомогою ІЧ-ФП аналізу підтверджено, що утворені плівки, сформовані на поверхнях Al87Ni8Y5 електрода, відповідають поліпіролу, який перебуває у формі солі - гідросульфату поліпіролу.

Аналіз зображень растрової електронної мікроскопії виявив, що на контактному та зовнішньому боках робочого електрода плівка поліпіролу має розвинену топологію поверхні, яка залежить, головно, від концентрації піролу, якості поверхні сплаву. За результатами аналізу спектрів енергодисперсійного рентгенівського мікроаналізу у полімерній плівці не виявлено домішок солей металів, які входять до складу робочого електрода.

 

Ключові слова: пірол, аморфний сплав, електрохімічне окиснення, плівка поліпіролу, структура.


Повний текст:

PDF

Посилання


Inzelt G. Recent advances in the field of conducting polymers // J. Sol. St. Electrochem. 2017. Vol. 21, Is. 7. P. 1965–1975. DOI: https://doi.org/10.1007/s10008-017-3611-6

Guimard N. K., Gomez N., Schmidt C. E. Conducting polymers in biomedical engineering // Prog. Polym. Sci. 2007. Vol. 32, Iss. 8–9. P. 876–921. DOI: https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2007.05.012

Ramanavičius A., Ramanavičienė A., Malinauskas A. Electrochemical sensors based on conducting polymer-polypyrrole // Electrochim. Acta. 2006. Vol. 51, Iss. 27. P. 6025–6037. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.11.052

Singh M., Kathuroju P. K., Jampana N. Polypyrrole based amperometric glucose biosensors. Sensor. Actuat. B-Chem. 2009. Vol. 143. P. 430–443. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.09.005

Jain R., Jadon N., Pawaiya A. Polypyrrole based next generation electrochemical sensors and biosensors: a review // Trends Anal. Chem. 2017. Vol. 97. P. 363–373. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.10.009

Stejskal J. Interaction of conducting polymers, polyaniline and polypyrrole, with organic dyes: polymer morphology control, dye adsorption and photocatalytic decomposition // Chem. Pap. 2019. DOI: https://doi.org/10.1007/s11696-019-00982-9

Song E., Choi J.-W. Conducting Polyaniline Nanowire and Its Applications in Chemiresistive Sensing // Nanomater. 2013. Vol. 3. P. 498-523. DOI: https://doi.org/10.3390/nano3030498

Joulazadeh M., Navarchian A. H. Polypyrrole nanotubes versus nanofibers: a proposed mechanism for predicting the final morphology // Synth. Met. 2015. Vol. 199. P. 37–44. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2014.10.036

Sapurina I., Li Y., Alekseeva E. et al. Polypyrrole nanotubes: the tuning of morphology and conductivity // Polymer. 2017. Vol. 113. P. 247–258. DOI: https://doi. org/10.1016/j.polymer.2017.02.064

Stejskal J. Strategies towards the control of one-dimensional polypyrrole nanomorphology and conductivity // Polym. Inter. 2018. DOI: https://doi. org/10.1002/pi.5654

Stejskal J., Trchová M. Conducting polypyrrole nanotubes: a review // Chem. Pap. 2018. Vol. 72, Iss. 7. P. 1563–1595. https://doi.org/10.1007/s11696-018-0394-x

Sadki S., Schottland P., Brodie N., Sabouraud G. The mechanisms of pyrrole Electropolymerization // Chem. Soc. Rev. 2000. Vol. 29, Iss. 5. P. 283–293. DOI: https://doi.org/10.1039/a807124a

Chikouche I., Sahari A., Zouaoui A. Influence of electropolymerization method on morphologies and capacitive properties of polypyrrole films growing on silicon // Surf. Rev. Lett. 2014. Vol. 21, Iss. 06, 1450082. DOI: https://doi.org/10.1142/s0218625x14500826

Li M., Yuan J., Shi G. Electrochemical fabrication of nanoporous polypyrrole thin films // Thin Solid Films. 2008. Vol. 516, Iss. 12. P. 3836–3840. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.06.175

Bazzaoui M., Martins J. I., Machnikova E. et al. Polypyrrole films electrosynthesized on stainless steel grid from saccharinate aqueous solution and its behaviour toward acetone vapor // Eur. Polym. J. 2007. Vol. 43 P. 1347–1358. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2007.01.013

Carquigny S., Segut O., Lakard B. et al. Effect of electrolyte solvent on the morphology of polypyrrole films: Application to the use of polypyrrole in pH sensors // Synth. Met. 2008. Vol. 158. P. 453–461. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2008.03.010

Paul S., Amalraj F., Radhakrishnan S. CO sensor based on polypyrrole functionalized with iron porphyrin // Synth. Met. 2009. Vol. 159. P. 1019–1023. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2009.01.018

Zhang L., Meng F., Chen Y. et al. A novel ammonia sensor based on high density, small diameter polypyrrole nanowire arrays // Sensor. Actuat. B-Chem. 2009. Vol. 142. P. 204–209. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.07.042

Abraham D. A., Vasantha V. S. Hollow Polypyrrole Composite Synthesis for Detection of Trace-Level Toxic Herbicide // ACS Omega. 2020. Vol. 5, Iss. 34. P. 21458–21467. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.0c01870

Rajeev J., Nimisha J., Archana P. Polypyrrole Based Next Generation Electrochemical Sensors and Biosensors: A Review // TrAC Trends Anal. Chem. 2017. Vol. 97. P. 363-373. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trac.2017.10.009

Mai A. T., Duc T. P., Thi X. C. et al. Highly Sensitive DNA Sensor Based on Polypyrrole Nanowire // Appl. Surf. Sci. 2014 Vol. 309. P. 285−289. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.05.032

Park C., Lee C., Kwon O. Conducting Polymer Based Nanobiosensors // Polymers. 2016. Vol. 8, Iss. 7. P. 249-267. DOI: https://doi.org/10.3390/polym8070249

Yue B., Wang C., Ding X., Wallace G. G. Electrochemically synthesized stretchable polypyrrole/fabric electrodes for supercapacitor // Electrochim. Acta. 2013. Vol. 113. P. 17–22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.09.024

Zhang J., Liu Y., Guan H. J. et al. Decoration of nickel hydroxide nanoparticles onto polypyrrole nanotubes with enhanced electrochemical performance for supercapacitors // J. Alloy. Compd. 2017. Vol. 721. P. 731–740. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.06.061

Ameer Q., Adeloju S. B. Polypyrrole-based electronic noses for environmental and industrial analysis // Sensor. Actuat. B-Chem. 2005. Vol. P. 106 541–552. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2004.07.033

Tang X., Li H., Du Z. et al. Conductive Polypyrrole Hydrogels and Carbon Nanotubes Composite as an Anode for Microbial Fuel Cells // RSC Adv. 2015. Vol. 5. P. 50968−50974. DOI: https://doi.org/10.1039/C5RA06064H

Küttel C., Stemmer A., Wei X. Strain response of polypyrrole actuators induced by redox agents in solution // Sensor. Actuat. B-Chem. 2009. Vol. 141, Iss. 2. P. 478–484. DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2009.06.044

Zheng W., Alici G., Clingan P. R. et al. Polypyrrole stretchable actuators // J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 2012. Vol. 51, Iss. 1. P. 57–63. DOI: https://doi.org/10.1002/polb.23177

Yan B., Wu Y., Guo L. Recent Advances on Polypyrrole Electroactuators // Polymers. 2017. Vol. 9, Iss. 12. P. 446-465. DOI: https://doi.org/10.3390/polym9090446

Sapurina I., Stejskal J., Šeděnková I. et al. Catalytic activity of polypyrrole nanotubes decorated with noble-metal nanoparticles and their conversion to carbonized analogues // Synth. Met. 2016. Vol. 214. P. 14–22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2016.01.009

Yuan X., Li L., Ma Z. et al. Novel nanowire-structured polypyrrole-cobalt composite as efficient catalyst for oxygen reduction reaction // Sci. Rep-Uk. 2016. Vol. 6, Iss. 1. P. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1038/srep20005

Redondo M. I., Breslin C. B. Polypyrrole electrodeposited on copper from an aqueous phosphate solution: Corrosion protection properties // Corros. Sci. 2007. Vol. 49. P. 1765–1776. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2006.10.014

Tallman D. E., Levine K. L., Siripirom C. et al. Nanocomposite of polypyrrole and alumina nanoparticles as a coating filler for the corrosion protection of aluminium alloy 2024-T3 // Appl. Surf. Sci. 2008. Vol. 254, Iss. 17. P. 5452–5459. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2008.02.099

Flamini D. O., Saidman S. B. Electrodeposition of polypyrrole onto NiTi and the corrosion behaviour of the coated alloy // Corros. Sci. 2010. Vol. 52. P. 229–234. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.09.008

Grubač Z., Rončević I. Š., Metikoš-Huković M. Corrosion properties of the Mg alloy coated with polypyrrole films // Corros. Sci. 2016. Vol. 102. P. 310–316. DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2015.10.022

Tramontina J., Machado G., Azambuja D. S. et al. Removal of Cd2+ from aqueous solutions onto polypyrrole coated reticutated vitreous electrodes // Mater. Res. 2001. Vol. 4, No. 3. P. 195–200. DOI: https://doi.org/10.1590/S1516-14392001000300009

Otero T. F., Costa S. O., Ariza M. J., Marquez M. Electrodepositon of Cu on deeply reduced polypyrrole electrodes at very high cathodic potentials // J. Mater. Chem. 2005. Vol. 15, Iss. 16. P. 1662–1667. DOI: https://doi.org/10.1039/B418075E

Tian Y., Yang F. Reduction of hexavalent chromium by polypyrrolr-modified steel mesh electrode // J. Cleaner Prod. 2007. Vol. 15, Іss. 15. P. 1415–1418. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2006.04.001

Tian Y., Huang L., Zhou X., Wu C. Electroreduction of hexavalent chromium using a polypyrrole-modified electrode under potentiostatic and potentiodynamic conditions // J. Hazard. Mater. 2012. Vol. 225–226. P. 15–20. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2012.04.057
Haque M. M., Smith W. T., Wong D. K. Y. Conducting polypyrrole films as a potential tool for electrochemical treatment of azo dyes in textile wastewaters // J. Hazard. Mater. 2015. Vol. 283. P. 164–170. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.07.038

Srinivasan A., Ranjani P., Rajendran N. Electrochemical polymerization of pyrrole over AZ31 Mg alloy for biomedical applications // Electrochim. Acta. 2013. Vol. 88. P. 310–321. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2012.10.087

Gelmi A., Cieslar-Pobuda A., de Muinck E. et al. Direct Mechanical Stimulation of Stem Cells: A Beating Electromechanically Active Scaffold for Cardiac Tissue Engineering // Adv. Healthc. Mater. 2016. Vol. 5, Iss. 12. P. 1471–1480. DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.201600307

Li C., Hsu Y.-T., Hu W.-W. The Regulation of Osteogenesis Using Electroactive Polypyrrole Films // Polymers. 2016. Vol. 8, Iss. 7. P 258–269. DOI: https://doi.org/10.3390/polym8070258

Boichyshyn L. M., Hertsyk О. М., Kovbuz М. О. Morphology, structure and properties of amourphous alloys doped with REM: monograph // Lviv: Ivan Franko National University of Lviv, 2019. 242 р. (in Ukrainian).

Boichyshyn L. M., Hertsyk O. M., Kovbuz M. O. Thermal modification of amorphous metal alloys: nanostructuring and properties // Mississauga, Ontario: Library and Archives Canada Cataloguing in Publication, Nova Printing Inc. 2019. 138 р.

Yatsyshyn M. M., Boichyshyn L. M., Demchyna I. I., Nosenko V. K. Electrochemical Oxidation of Aniline on the Surface of an Amorphous Metal Alloy Al87Ni8Y5 // Russ. J. Electrochem. 2012. Vol. 48, No. 5. P. 502-508.

Yatsyshyn М. М., Demchyna І. І., Mudry S. I., Serkiz R. Ya. Morphology of the deposited electrochemically in potentiodynamic mode on the surface of Al87Ni8(REE)5 amorphous metallic alloys polyaniline film // Phis. Cem. Sol. State. 2013. No. 3. P. 593–601. (In Ukraine).

Yatsyshyn M., Vlad Kh, Serkiz R., Reshetnyak O. Polypyrrole deposition on the surface of Al87Ni8Y5 amorpfous alloys in potentiodynamic mode // Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2020. Vol. LХ. P. 136–147. DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2020.60.136

Jang J., Bae J. Carbon nanofiber/polypyrrole nanocable as toxic gas sensor // Sensor. Actuat. B-Chem. 2007. Vol. 122, Is. 1. P. 7–13.DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.05.002

Yatsyshyn М. М., Hnizdiukh Yu. А. Structure and morphology of polypyrrole films chemically deposited on the polyethylene terephthalate substrates // Chem. Phys. Texnol. Surf. 2016. Vol. 7, No. 1. P. 73–85 (in Ukrainian).

Mahmud H. N. M. E., Kassim A., Zainal Z., Yunus W. M. M. Fourier Transform Infrared Study of Polypyrrole–Poly(vinyl alcohol) Conducting Polymer Composite Films: Evidence of Film Formation and Characterization // J. Appl. Polym. Sci. 2006. Vol. 100, Iss. 5. P. 4107–4113. DOI: https://doi.org/10.1002/app.23327

Iroh J. O., Zhu Y., Shah K. et al. Electrochemical synthesis: a novel technique for processing multi-functional coatings // Prog. Org. Coat. 2003. Vol. 47, Iss. 3-4. P. 365–375. DOI: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2003.07.006

Arenas M. A., Bajos L. G., de Damborenea J. J., Oćon P. Synthesis and electrochemical evaluation of polypyrrole coatings electrodeposited onto AA-2024 alloy // Prog. Org. Coat. 2008. Vol. 62, Iss. 1. P. 79–86. DOI: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2007.09.019




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6201.263

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.