Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (5), 590–600
Evaluation of the electrochemical active surface area for carbon felt and nanostructured Ni coatings as electrocatalysts for hydrogen evolution reaction
Dmitry S. Dmitriev – Ioffe Institute, St. Petersburg, Russia
Maksim I. Tenevich – Ioffe Institute, St. Petersburg, Russia
Corresponding author: Dmitry S. Dmitriev, elchemorg@gmail.com
PACS 82.45.Rr
DOI 10.17586/2220-8054-2023-14-5-590-600
ABSTRACT This study is devoted to the evaluation of electrochemical active surface area (ECSA) for carbon felt used in various fields of electrochemical technology. For the evaluation, we used techniques based on Faraday’s law, the Randles–Sevcik equation and the calculation of the electric double layer capacitance in the electrolyte with different pH value. The measurement results are consistent with each other and for neutral, acidic and alkaline medium, the ECSA value are 20 – 30, 30 – 40 and 50 – 90 cm2 per 1 cm2 of geometric surface, respectively. Based on the results, the synthesis of nanostructured nickel coatings on carbon felt with prior electrochemical activation was performed. The pre-treatment in 1M KOH vs 1 M Na2SO4 reduces the crystallite size from 26 to 15 nm and increases the ECSA from 133 to 700 cm2 per 1 cm2 of geometric surface. These changes cause an improvement in other electrocatalytic features for hydrogen evolution reaction.
KEYWORDS carbon felt, electrochemical surface area, electrodeposition, voltammetry, double layer capacitance, Randles–Sevcik equation, nickel coating, hydrogen evolution reaction
ACKNOWLEDGEMENTS The authors express their gratitude to the Engineering Center of the St. Petersburg State Institute of Technology for the prompt possibility of performing studies on a scanning electron microscope
FOR CITATION Dmitriev D.S., Tenevich M.I. Evaluation of the electrochemical active surface area for carbon felt and nanostructured Ni coatings as electrocatalysts for hydrogen evolution reaction. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (5), 590–600.
[In Russian] Д.С. Дмитриев, М.И. Теневич
Оценка площади электрохимически активной поверхности углеродного войлока и наноструктурированных никелевых покрытий в качестве электрокатализаторов реакции выделения водорода
АННОТАЦИЯ Данное исследование посвящено оценке площади электрохимически активной поверхности (ECSA) углеродного войлока, используемого в различных областях электрохимической технологии. Для оценки использовались методы, основанные на законе Фарадея, уравнении Рэндлса-Шевчика и расчете электрической емкости двойного слоя в электролите с различным значением рН. Результаты измерений согласуются друг с другом, и для нейтральной, кислой и щелочной сред значения ECSA составляют 20-30, 30-40 и 50-90 см2 на 1 см2 геометрической поверхности соответственно. На основании полученных результатов был проведен синтез наноструктурированных никелевых покрытий на углеродном войлоке с предварительной электрохимической активацией. Предварительная обработка в 1М КОН в отличии от 1М Na2SO4 уменьшает размер кристаллитов с 26 до 15 нм и увеличивает ECSA с 133 до 700 см2 на 1 см2 геометрической поверхности. Эти изменения приводят к улучшению других электрокаталитических характеристик реакции выделения водорода.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА углеродный войлок, электрохимическая площадь поверхности, электроосаждение, вольтамперометрия, емкость двойного слоя, уравнение Рэндлса-Шевчика, никелевое покрытие, реакция выделения водорода
