Electrodeposition of Ni-Based Composite Coatings Containing Cerium Compounds From a Deep Eutectic Solvent and their Electrocatalytic Performance

ENG: This work examines the electrodeposition of Ni-based composite coatings containing cerium compounds from a eutectic mixture of choline chloride and urea (reline), a typical deep eutectic solvent. The data reveal that depending on the concentrations of NiCl26H2O and CeCl37H2O dissolved in reline, coatings containing up to 49 wt.% cerium, present as embedded CeO2, can be formed within an electrochemically deposited nanocrystalline nickel matrix. Variation of the Ni(II) and Ce(III) salt concentrations strongly influences the resulting surface morphology. Reaction schemes for the formation of these composite coatings are proposed, and cyclic voltammetry with successive scan cycles was used to identify the potential windows in which the relevant electrochemical reactions occur in reline-based solutions. The deposited coatings were tested as electrocatalysts for water electrolysis in 1 M NaOH. Special attention was paid to the electrocatalytic activity of the Ni-based composite coatings toward the anodic oxidation of urea, a potential alternative to the oxygen evolution reaction in green hydrogen production. Incorporation of CeO2 into the nickel matrix led to a pronounced enhancement of electrocatalytic activity for hydrogen evolution, oxygen evolution and urea oxidation in alkaline aqueous solution. The proposed composite coatings may find application as multifunctional catalysts for green hydrogen generation. Moreover, adjusting the Ni(II) and Ce(III) concentrations in the deep eutectic solvent-based plating bath enables flexible and controlled tuning of the electrocatalytic behavior of deposited coatings.

UKR: Дана робота розглядає основні патерни електроосадження композиційних покриттів на основі нікелю, що містять сполуки церію, отриманих з розчину на основі евтектичної суміші холін хлориду і сечовини (розчинник reline), який є типовим представником нового покоління іонних рідин – deep eutectic solvents. Отримані дані показують, що в залежності від концентрації розчинених в reline солей NiCl26H2O і CeCl37H2O на катоді можливе формування покриттів, що містять до 49 % церію у формі діоксиду, що впроваджений у електрохімічно осаджену нанокристалічні нікелеву матрицю. Варіювання концентраціями солей нікелю(II) і церію(III) суттєво впливає на характер морфології поверхні. Запропоновано реакційні схеми утворення композиційного покритті та методом циклічної вольтамперометрії з послідовними сканами циклювання визначено інтервали потенціалів проходження електрохімічних реакцій у розчинах на основі reline. Осаджені покриття тестовано як потенційні електрокаталізатори у електродних процесах при електролізі води (1 M NaOH). Особлива увага приділена електрокаталітичній активності осаджених композиційних покриттів на основі нікелю у реакції анодного окислення карбаміду, що є потенційною альтернативою анодному виділенню кисню при синтезі зеленого водню. Показано помітне зростання електрокаталітичної активності при впровадженні діоксиду церію до нікелевої матриці в процесах виділення водню, кисню та анодного окислення карбаміду в водному лужному розчині. Запропоновані електрокаталітичні покриття можуть знайти застосування як поліфункціональні каталізатори для генерації зеленого водню в водневій енергетиці. Варіювання концентраціями солі нікелю(II) і церію(III) у ванні осадження на основі DES дозволяє проводити гнучкий і керований тюнинг електрокаталітичної поведінки отримуваних покриттів.