Труды КНЦ вып. 5(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 2/2021(12)

Целью данной работы являлось получение композиционного материала полукарбида молибдена на углеродных волокнах, изучение кинетики электрокаталитической реакции разложения пероксида водорода на M 0 2 C/C, исследование реакции разложения пероксида водорода методом циклической вольтамперометрии на различных материалах электродов и сравнение полученных результатов с электрокаталитической активностью композиционных материалов TaC/C и NbC/C. Эксперимент Чтобы синтезировать карбид молибдена, был применен метод бестокового переноса электроотрицательного металла на более электроположительную подложку из углеродного волокна через расплавленную эквимолярную смесь солей хлоридов натрия и калия NaCl-KCl, содержащую молибдат натрия Na 2 MoO 4 . На дне тигля была насыпана стружка металлического молибдена Mo. Тигель погружался в герметичную реторту, в качестве которой выступал толстостенный стакан из нержавеющей стали с рубашкой охлаждения. Реторту вакуумировали до остаточного давления менее 1,0 Па, сначала на холоде — при комнатной температуре, а затем при ступенчатом нагреве до 100 и 200 °С. Далее реторту заполняли инертным газом (аргоном) и плавили электролит при температуре 850 °С. После выдержки электролита при заданной температуре в течение минимум 2 часов через технологическое отверстие в крышке реторты погружали в расплав солей углеродное волокно. Углеродное волокно погружалось в расплав в специальном держателе из вольфрама на молибденовом стержне. Размеры образца углеродного волокна 5*8*20 мм3. Время электрохимического синтеза варьировали от 4 до 12 часов [2]. Разложение пероксида водорода протекает с выделением кислорода на аноде. Скорость этой реакции можно измерить по объему кислорода или по изменению объема продукта реакции, собранного в мерном цилиндре, в зависимости от времени. Энергия активации процесса рассчитывалась по уравнению Аррениуса на основании экспериментальных данных зависимости AV(t), полученных при различных температурах. Исследование электрокаталитической активности композиционного материала «карбид молибдена — углеродное волокно» проводили также с помощью метода циклической вольтамперометрии. В качестве электролита был использован пероксид водорода (ГОСТ 177-88). Скорость развертки потенциала варьировали от 100 м В с -1 до 1,0 В с -1. Эксперименты проводились при температуре 20 °С. Электрохимическое окно исследования процессов на поверхности углеродных волокон, модифицированных полукарбидом молибдена, варьировали от -3 ,0 до 3,5 В. В качестве квазиэлектрода сравнения использовали вольфрамовую проволоку диаметром 0,81 мм, глубиной погружения 0,5 см. Помимо углеродного волокна с кристаллами Mo 2 C методом циклической вольтамперометрии были исследованы углеродные волокна с покрытиями TaC и NbC, а также углеродные волокна без покрытий. Результаты и их обсуждения Взаимодействие металла с собственной солью приводит к образованию промежуточного соединения тугоплавкого металла с пониженной степенью окисления [3]: ( 6 - n) Mo + nMo6+ ^ 6 Mon+. (1) Соединения с промежуточной степенью окисления диффундируют через расплав и диспропорционируют на поверхности углеродного волокна: 6 Mon++ (3 - n/2)C ^ (3 - n/2) Mo 2 C + nMo6+. (2) Диспропорционирование сопровождается образованием карбида молибдена и аниона металла с более высокой степенью окисления 6 +, которые вновь диффундируют к металлу и взаимодействуют с ним с образованием комплексов восстановленной формы. Таким образом, процесс переноса молибдена на углеродные волокна замыкается в цикл и результирующую реакцию можно записать как: 2Mo + C ^ Mo 2 C. (3) Дифрактограмма полукарбида молибдена представлена на рис. 1. Рентгеноструктурный анализ полученного композиционного материала показал, что карбид молибдена обладает кристаллической решеткой гексагональной сингонии пространственной группы P 6 /mmc (194). На рис. 2 представлены данные сканирующей электронной микроскопии композиционного материала «карбид молибдена — углеродное волокно». На поверхности углеродных волокон расположены кристаллы карбида молибдена, структура решетки которых указывает на их гексагональную сингонию. Кристаллы имели четко выраженную структуру, размеры которой варьируются в пределах 8-20 мкм. 1 6 0