Elektródfolyamatok kinetikájának vizsgálata forgó gyűrűs korongelektróddal

Kovács, Noémi

Elektródfolyamatok kinetikájának vizsgálata forgó gyűrűs korongelektróddal

Kovács, Noémi

Megjelenés dátuma: 2016

Kulcsszó: MSc
szakdolgozat
vegyész szak
Fizikai Kémiai Tanszék
forgó gyűrűs korongelektródos mérés
elektrokémia

URI: http://hdl.handle.net/10831/32656

Absztrakt:

Szakdolgozati munkámat az ELTE Elektrokémiai és Elektroanalitikai Laboratóriumában végeztem.
Dolgozatom témája a forgó gyűrűs korongelektródok (RRDE-k) alkalmazási lehetőségeinek bővítését
célzó kutatásokhoz kapcsolódik. A téma aktualitását egyebek között az adja, hogy a szakdolgozati
munkám során használt és a laboratóriumban kifejlesztett mérőrendszer lehetővé teszi az ún. generátor/
kollektor rendszerek (mint például az RRDE) két munkaelektródjának egyidejű, potenciodinamikus
vezérlését is, ami a hagyományos RRDE módszerekre nem jellemző.
Dolgozatomban három fő célt tűztem ki. Egyrészt a laboratóriumban korábban már kidolgozott, újszerű
technikákat alkalmaztam érdekesnek tűnő kémiai rendszerek vizsgálatára. E technikák segítségével
vizsgáltam az arany elektrokémiai oldódását savas közegben, illetve kísérleteket végeztem a
poli(3,4-etiléndioxitiofén) (PEDOT) vezető polimer anódos túloxidációja közben történő degradációjának
tanulmányozására is. A szinkron kettős ciklikus voltammetria módszerével igazolni tudtam, hogy
az arany elektrokémiai oldódása kénsavas közegben nagyobb mennyiségű redukálható köztitermék
keletkezésével jár, mint perklórsavas közegben. Ezen eredmények a felületi energia megváltozásának
„bending beam” módszerrel történő mérésével is összhangban vannak. A gyors gyűrűpásztázás módszerével
a PEDOT elektrokémiai degradációja során keletkező, továbboxidálható termékeket sikerült
kimutatnom az Au| PEDOT | 0,1 M H2SO4 rendszerben.
A már létező, kettős potenciodinamikus vezérlésen alapuló forgó gyűrűs korongelektródos méréstechnikák
különböző rendszereken történő tesztelése mellett egy új, saját fejlesztésű módszert is bemutattam.
Ez a gyűrűelektród kapacitásának mérésével teszi lehetővé a korongelektródról származó
termékek detektálását. A módszerrel a korongról származó azon termékek is kimutathatóvá válnak
a gyűrűn, melyek ott töltésátlépési reakcióba nem vihetők, a gyűrűelektród elektrokémiai kettősrétegének
tulajdonságait azonban befolyásolják. Ennek bemutatására a PEDOT reverzibilis redoxi-átalakulását
kísérő ionvándorlás követését választottam. A módszer ígéretesnek tűnik, azonban a fejlesztés
során számos megoldásra váró probléma is felmerült, melyeket a dolgozatban részletesen ismertettem.
Dolgozatom utolsó fejezetében egy olyan effektust vizsgáltam, amely gyakran megnehezíti az
RRDE mérések értelmezését: ez a két munkaelektród áramjelének elektromos áthallása. E munkám
során egy egyszerű redox rendszeren végzett kísérletek segítségével igazoltam a kutatócsoportban
kifejlesztett, az elektromos áthallások leírására is képes elméleti modell érvényességét.

Abstract:

I performed my diploma work at the Laboratory of Electrochemistry and Electroanalytical Chemistry where I joined the development of a new electrochemical measuring system that was already underway in this laboratory. A unique feature of the measuring system is that it facilitates a simultaneous bi-potentiodynamic control of the two working electrodes in generator-collector systems such as the rotating ring-disk electrode (RRDE). In this research I used several bi-potentiodnynamic techniques to study certain chemical systems of interest. The technique of synchronous dual cyclic voltammetry was applied to study the electrochemical dissolution of gold occurring as a result of potential excursions to the region of surface oxidation in acidic environments. In agreement with measurements of surface stress by the bending beam method it was found that the dissolution is more intense in sulphuric than in perchloric acid. The results indicate that dissolution is responsible for the sharp change of slope occurring in the interfacial stress vs. potential curves recorded by bending beam measurements. The method of fast ring scanning was applied to study the electrochemical degradation of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) in an Au | PEDOT | 0.1 M H2SO4 electrode. It was found that the irreversible oxidation of the polymer film is accompanied by the formation of an oxidable product, the presence of which can be detected at the ring electrode. Other techniques (such as HPLC or ICP–MS) failed to detect this product, the presence of which was confirmed by dual cyclic voltammetry. In my MSc thesis I also described the development of a new measuring technique that uses non- Faradaic detection at the ring electrode. The technique applies a.c. perturbation to the ring potential in order to measure the ring capacitance. By using a PEDOT polymer-modified disk electrode in combination with a bare gold ring it was shown that the measured ring capacitance correlates with the polarization of the polymer film, most probably due to counter-ion exchange. My thesis also contains a chapter that deals with the phenomenon of electrical cross-talk in fourelectrode systems like the RRDE. In such systems cross-talk can arise due to the shared current routes of the two working electrodes; the nature and intensity of cross-talk is thus highly dependent on the location of the reference point used for voltage measurements (in practice, this is the tip of the Luggin probe). I devised and carried out a simple RRDE experiment in order to verify the results of a theoretical model describing cross-talk. The results of my experimental work confirmed the predictions of the model developed in our research group and facilitated its publication.

A tétel részletes adatai

A tételhez tartozó fájlok

Elektródfolyamatok kinetikájának vizsgálata forgó gyűrűs korongelektróddal

Név: MScSzakdolgozat_KovacsNoemi_2016.pdf

Méret: 3.764Mb

Formátum: PDF

Korlátozottan hozzáférhető: ELTE hálózatban