Electrosynthesis of Ni-Fe Films With Enhanced Electrocatalytic Activity for Hydrogen Evolution From Alkaline Electrolyte

ENG: The work is devoted to the topical issue of creating electrocatalysts for hydrogen evolution from alkaline electrolyte. The rapid development of hydrogen energy using the electrolytic method of hydrogen requires the use of cheap, resource-intensive and highly catalytic cathode materials. The most variable and flexible in control is the electrochemical method of synthesizing electrocatalysts of this type. A very promising material for cathodic hydrogen release is the Ni-Fe alloy. The limiting factor for its use is the high internal stresses that arise during its electrosynthesis. To reduce the internal stresses of Ni-Fe electrocatalyst films, sulfur-containing modifiers sodium allyl sulfonate and sodium saccharinate were used in this work, which were introduced into the methanesulfonate electrolyte of electrodeposition. It was established that increasing the concentration of sodium allyl sulfonate from 30 to 100 mmol/l leads to a decrease in internal stresses from 300 MPa to 100 MPa. The use of sodium saccharinate in a concentration of 0.5 mmol/l to 6 mmol/l contributes to a decrease in internal stresses from 300 MPa to 0 MPa. This effect of modifiers on internal stresses is associated with a change in the alloy structure due to the incorporation of sulfur and hydrocarbon residues of modifiers. It was found that the Ni-Fe alloy obtained in the presence of allyl sulfonate demonstrates high electroactivity, approaching the electroactivity of platinum. This effect is explained by an increase in defects in the crystal lattice and the presence of nickel and iron sulfide particles in the structure of the cathode material. It is recommended to carry out the electrosynthesis of Ni-Fe, as electrocatalysts for hydrogen evolution, from a methanesulfonate electrolyte containing 80–100 mmol/l of sodium allyl sulfonate in the range of current densities from 3 to 7 A/dm2.

UKR: Робота присвячена актуальній темі створення електрокаталізаторів виділення водню з лужного електроліту. Найбільш варіабельним і гнучким в керуванні є електрохімічний спосіб синтезу електрокаталізаторів такого типу. Вельми перспективним матеріалом для катодного виділення водню є сплав Ni-Fe. Обмежуючим фактором для його використання є високі внутрішні напруги, що виникають під часйого електросинтезу. Для зниження внутрішніх напруг плівок електрокаталізаторів Ni-Fe в даній роботі використано сульфурвмісні модифікатори аллілсульфонат натрію і сахаринат натрію, які вводили в метансульфонатний електроліт електроосадження. Встановлено, що збільшення концентрації аллілсульфонату натрію з 30 до 100 ммоль/л приводить до зменшення внутрішніх напруг з 300 МПа до 100 МПа. Застосування сахаринату натрію в концентрації від 0.5 ммоль/л до 6 ммоль/л сприяє зменшенню внутрішніх напруг з 300 МПа до 0 МПа. Такий вплив модифікаторів на внутрішні напруги пов’язаний з зміною структури сплаву за рахунок інкорпорації сульфуру і вуглеводневих залишків модифікаторів. Встановлено, що сплав Ni-Fe, отриманий у присутності аллілсульфонату, демонструє високу електроактивність, що наближається до електроактивності платини. Такий ефект пояснено збільшенням дефектів у кристалічній гратці і наявністю в структурі катодного матеріалу сульфідних частинок нікелю і заліза. Рекомендовано проводити електросинтез Ni-Fe як електрокаталізатору виділення водню з метансульфонатного електроліту, що містить 80–100 ммоль/л аллілсульфонату натрію в діапазоні густин струму від 3 до 7 А/дм2.