Синтез та функціональні властивості TiO₂–Pt/Pd-систем для електрокаталізу

Ковтунов, Д., Черних, С., Книш, В., Шмичкова, О., Лук'яненко, Т., & Веліченко, О. (2025). Синтез та функціональні властивості TiO₂–Pt/Pd-систем для електрокаталізу. Вісник київського національного університету імені Тараса Шевченка. Хімія, 1 (60), 88-95. https://doi.org/10.17721/1728-2209.2025.1(60).13

Вступ. У роботі представлено результати створення та комплексної характеристики нових електрокаталітичних композитів на основі пористого TiO2, модифікованого Pt і Pd. Мета дослідження – розробка ефективних і стабільних систем для процесів, що перебігають за високих анодних потенціалів, зокрема реакції виділення кисню.

Методи. Матрицю TiO₂ отримували двоетапним анодуванням титанової фольги в електролітах на основі етиленгліколю з NH4F і H3PO4, а потім відновлювали в розчині HClO4. Такий підхід забезпечив контроль над морфологією та питомою поверхнею оксидного шару. Модифікацію Pt і Pd здійснювали гальванічним осадженням із подальшим відпалом за 500 °C на повітрі, що сприяло окисненню поверхні та інкапсуляції металевих частинок у матрицю TiO2. Морфологію та фазовий склад вивчали методами скануючої мікроскопії, мікроаналізу та рентгенівської дифракції.

Результати. Встановлено наявність розвиненої пористої структури з рівномірним розподілом нанокластерів Pt і Pd. Основна фаза – анатаз; також виявлено металічні Pt, Pd і PdO. Електрохімічні дослідження (вольтамперометрія, імпедансна спектроскопія) у 1 M HClO4 показали n-тип провідності з високою концентрацією носіїв заряду (аналіз Мотта–Шотткі). Композит TiO2–Pt продемонстрував найвищу активність у реакції виділення кисню (нахил Тафеля 122 мВ/дек). Біметалічна система мала більший нахил (172 мВ/дек), що свідчить про складніший механізм, однак відзначалася винятковою стабільністю: понад 215 годин без втрати активності за 0,5 А в 1 M HClO4. Для порівняння, електрод, модифікований лише Pd, виявився нестійким.

Висновки. Виявлено зв’язок між умовами синтезу, структурними характеристиками та електрокаталітичними властивостями матеріалів. Розроблені композити мають значний потенціал як довговічні аноди для електрохімічних процесів та можуть стати основою для створення нових (фото)електрокаталізаторів зі зниженим вмістом благородних металів.