МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химический факультет

Кафедра физической химии

Вольтамперометрия селективного растворения сплава с фрактальной и статистически нерегулярной поверхностью

Магистерская диссертация

направление 020101 Химия

специализация 020100.68.09 Физическая химия

Допущено к защите в ГЭК 28.11.2016

Зав. кафедрой д.х.н., проф. А.В. Введенский

Обучающийся А.И. Хрипунов

Руководитель к.х.н., доц. О.А. Козадеров

Воронеж 2016

Реферат

Вольтамперометрия селективного растворения сплавов с фрактальной и статистически нерегулярной поверхностью: Магистерская диссертация / Хрипунов А.И. Руководитель к.х.н., доц. Козадеров О.А. – Воронеж. ун-т. Кафедра физический химии. 2016. 34 с.

Ключевые слова: Селективное растворение. Сплав. Вольтамперометрия. Шероховатость. Диффузионная кинетика.

Цель работы состояла в установлении роли фрактальной и статистически нерегулярной шероховатости в диффузионной кинетике анодного потенциодинамического селективного растворения бинарного гомогенного сплава.

Объект исследования: электродная система сплав/раствор электролита с фрактальной и статистически нерегулярной границей раздела.

Методы исследования: метод математического моделирования (конечных элементов, Comsol Multiphysics).

Рассчитаны концентрационные профили электроотрицательного компонента гомогенного сплава при селективном растворении, контролируемом нестационарной диффузией в условиях потенциодинамической анодной поляризации. Получены вольтамперограммы процесса, выявлена роль фрактальной и статистически нерегулярной шероховатости электрода в критериальных зависимостях тока и потенциала максимума от скорости сканирования потенциала. Найдены зависимости функции шероховатости от времени для поверхностей с разным фактором шероховатости и фрактальной размерностью.

Полученные данные могут быть использованы при определении фактора шероховатости и фрактальной размерности поверхности твердых растворов методом вольтамперометрии.

Илл. 12. Библ. 55.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6

1.1. Количественные характеристики шероховатости 6

1.2. Шероховатость поверхности и диффузионный массоперенос 7

1.3. Моделирование эффекта шероховатости 10

Глава 2. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 18

Глава 3. ПОСТАНОВКА ДИФФУЗИОННОЙ ЗАДАЧИ 20

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 22

ВЫВОДЫ 29

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 30

Введение

Экстенсивные параметры кинетики любой гетерогенной реакции зависят от площади реакционной поверхности, например, границы раздела электрод/раствор. Поэтому их корректное использование при анализе экспериментальных данных возможно только после нормировки на площадь этой поверхности. Только в случае идеально гладких поверхностей жидких фаз (например, ртутного электрода) процедура нормировки сводится к делению на площадь видимой поверхности. Твердая поверхность всегда характеризуется некоторой морфологической нерегулярностью, или шероховатостью, под которой обычно понимают ее геометрическую неоднородность, вызванную наличием неровностей различного размера.

Исследование эффекта шероховатости в физикохимии гетерогенных процессов проводится в трех основных направлениях. Во-первых, это решение проблемы определения истинной площади межфазной поверхности S. Оптимальным считается значение S, полученное методом, наиболее приближенным к условиям того эксперимента, в котором оно будет использовано. В электрохимических исследованиях такими являются диффузионно-кинетические методы, основой которых является взаимосвязь между нестационарным током и геометрической площадью электрода.

Во-вторых, это получение и анализ экспериментальных данных о роли морфологической неоднородности поверхности электрода в кинетике гетерогенных процессов. Влияние макронеоднородности, т.е. геометрической формы электрода (коническая, сферическая, цилиндрическая и т.д.) изучено в большей степени теоретически. Особое внимание в рамках данного направления исследований уделяется изучению эволюции шероховатости поверхности электрода при образовании новой фазы и анодном растворении металлов и сплавов.

Данная работа посвящена развитию третьего направления исследований эффекта шероховатости в физикохимии гетерогенных процессов, которое связано с теоретическим моделированием как собственно морфологической нерегулярности поверхности, так и возникающих из-за нее изменений в системе на примере нестационарного электрохимического процесса селективного растворения бинарного гомогенного сплава в потенциодинамическом режиме анодной поляризации.

Цель работы: установление роли фрактальной и статистически нерегулярной шероховатости в диффузионной кинетике анодного потенциодинамического селективного растворения бинарного гомогенного сплава.

Задачи работы:

- рассчитать концентрационные профили и вольтамперограммы электроотрицательного компонента гомогенного сплава с фрактальной и статистически нерегулярной поверхностью при его диффузионно-контролируемом анодном потенциодинамическом селективном растворении;

- установить роль эффекта фрактальной и статистически нерегулярной шероховатости в значении критериального параметра вольтамперометрии (тока максимума).

.