KINETICS OF CATHODIC HYDROGEN EVOLUTION ON MOLYBDENUM DISILICIDE IN ACID SULPHATE MEDIA
Authors: ПАНТЕЛЕЕВА В.В. , ТРЕТЬЯКОВА В.В. , ШЕИН А.Б. , МИЛОСЕРДОВ П.А. , ГОРШКОВ В.А. 
Published: September 2024

Изучены кинетика и механизм реакции выделения водорода на MoSi2-электроде в растворах x M H2SO4 + (0.5-x) M Na2SO4 (x = 0.50, 0.35, 0.20). Катодные поляризационные кривые MoSi2 в исследованных растворах характеризуются тафелевским участком с наклоном, равным (-0.070)±0.002 В. Порядок реакции катодного процесса по ионам водорода при потенциалах тафелевской области составляет ~1.0; производная электродного потенциала при изменении кислотности электролита равна ~0.072 В. Спектры импеданса MoSi2-электрода в изученном диапазоне потенциалов имеют вид полуокружности, расположенной в емкостной полуплоскости, с центром в области положительных значений мнимой составляющей импеданса; в области наиболее высоких частот на графиках импеданса регистрируется короткий прямолинейный участок, свидетельствующий о присутствии пор в поверхностном слое электрода. Для описания реакции выделения водорода на MoSi2 использована эквивалентная электрическая схема, фарадеевский импеданс которой состоит из последовательно соединенных сопротивления переноса заряда (R1) и параллельной R2C2Zd-цепочки, отвечающей за адсорбцию атомарного водорода на поверхности и его диффузию вглубь материала электрода. Эквивалентная схема также включает сопротивление раствора (Rs) и импеданс емкости двойного электрического слоя, который моделируется элементом постоянной фазы СРЕ1. Показано, что реакция выделения водорода на дисилициде молибдена в сернокислом электролите протекает по маршруту разряд - рекомбинация с квазиравновесной стадией разряда при выполнении логарифмической изотермы Темкина для адсорбированного атомарного водорода. Реакция выделения водорода осложнена процессом абсорбции водорода, протекающим в режиме твердофазно-диффузионной кинетики.

The kinetics and mechanism of hydrogen evolution on the MoSi2 electrode in x M H2SO4 + (0.5-x ) M Na2SO4 ( x = 0.50; 0.35; 0.20) solutions have been studied. The cathodic polarization curves of MoSi2 in the studied solutions are characterized by Tafel region with a slope of (-0.070)±0.002 V. The reaction order of the cathodic process with respect to hydrogen ions at the potentials of Tafel region is ~1.0; the derivative of the electrode potential with a change in electrolyte acidity is ~0.072 V. The impedance spectra of the MoSi2 electrode in the studied potential range have the shape of a semicircle located in the capacitive half-plane, with the centre in the region of positive values of the imaginary impedance component; in the region of the highest frequencies, a short straight section is recorded on the impedance plots, indicating the presence of pores in the surface layer of the electrode. To describe the hydrogen evolution reaction on MoSi2, we used an equivalent electrical circuit, the Faraday impedance of which consists of series-connected charge transfer resistance ( R1) and a parallel R2C2Zd-chain responsible for the adsorption of atomic hydrogen on the surface and its diffusion into the depth of the electrode material. The equivalent circuit also includes the solution resistance (Rs) and the double layer capacitance impedance, which is modeled by the constant phase element CPE1. It is shown that the hydrogen evolution reaction on molybdenum disilicide in a sulphuric acid electrolyte proceeds along the discharge - recombination route with a quasi-equilibrium discharge stage when the Temkin logarithmic isotherm for adsorbed atomic hydrogen is fulfilled. The hydrogen evolution reaction is complicated by hydrogen absorption proceeding in the mode of solid-phase diffusion kinetics.