Расшифровка кода: ученые нашли причину необъяснимой коррозии платиновых электродов
Ученые из Лейденского университета и Национальной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики США раскрыли загадку быстрой коррозии платиновых электродов. Это исследование открывает путь к доступному производству особо чистого водорода и повышению надежности электрохимических датчиков.
Эта странная особенность десятилетиями озадачивала ученых: если для большинства металлов отрицательная поляризация среды защищает от коррозии, то платиновые электроды могут в таких условиях очень быстро разрушаться. Говоря простыми словами, благородная платина, неуязвимая перед многими кислотами, при электролизе в соленой воде «дает слабину» и растворяется.
Проблема крайне актуальна, поскольку в электролизерах и многих других электрохимических устройствах часто используются отрицательно поляризованные платиновые электроды, погруженные в электролит.
«То, что металл стабилен, не означает, что он вообще неуязвим», — вынужден признать Димостенис Сокарас, старший научный сотрудник SLAC и главный исследователь команды SLAC.
SLAC — аббревиатура старого названия лаборатории StanfordLinearAcceleratorCenter. С 2008 года организация называется «Национальная ускорительная лаборатория SLAC» (англ. SLAC National Accelerator Laboratory) — прим. ред.
«Если вы возьмете кусочек платины и погрузите его в среду с очень мощным отрицательным потенциалом, вы сможете растворить платину за считанные минуты», — говорит Марк Копер, профессор катализа и химии поверхностно-активных веществ Лейденского университета и главный исследователь со стороны Лейденской команды.
Ученые выдвигали две гипотезы, объясняющие такую «уступчивость» благородного металла. Некоторые полагали, что в этом виноваты ионы натрия из раствора электролита. Предполагалось, что ионы Na+ проникают в атомную решетку платины и образуют платиниды. Атомы платины, притягивающие к себе положительно заряженные ионы натрия, которые отслаиваются от общей массы. Другие исследователи предполагали похожий процесс, но с условием, что ионы натрия и водорода работают вместе, образуя гидриды платины и платиниды натрия.
Для наблюдения за процессом коррозии платины в электролите с выделением большого количества водорода команда обратилась к источнику синхротронного излучения SLAC в Стэнфорде.
Специалисты SLAC разработали методы рентгеновской спектроскопии с высоким энергетическим разрешением, которое способно отфильтровывать посторонние эффекты, возникающие во время достаточно бурного электролиза. Внимание ученых было сосредоточено на изменениях в образце платины.
«Рентгеновская абсорбционная спектроскопия с высоким энергетическим разрешением была для нас единственным методом, который мы смогли разработать и который соответствовал условиям эксперимента», — говорит специалист SLAC Том Херсбах.
Команда разработала специальный насос, который удалял пузырьки водорода, образующиеся во время работы электрода и мешающие проведению рентгеновского исследования.
В итоге команда ученых впервые в истории провела визуализацию активной коррозии платины, записав рентгеновские спектры с поверхности отрицательно поляризованного электрода.
До проведения эксперимента у исследователей было стойкое подозрение, что в коррозии виноваты именно гидриды, а не ионы натрия, но потребовалось несколько лет компьютерного анализа данных, прежде чем они смогли достоверно подтвердить эту гипотезу.
Используя виртуальные модели гидридов и платинидов, исследователи смоделировали спектры, которые они ожидали бы увидеть от каждой структуры под рентгеновским лучом. Сравнение многочисленных смоделированных спектров с результатами эксперимента подтвердило, что только гидрид платины мог дать фактически полученный результат.
«Расширяя границы промышленной рентгенологии, наша команда разработала методы работы, которые в сочетании с современным компьютерным моделированием позволяют нам решать научные вопросы, остававшиеся неразрешимыми в течение десятилетий», — удовлетворенно заявил Сокарас.
Недавно российские ученые создали инновационный материал, повышающий прочность и долговечность режущего инструмента деревообрабатывающих станков.
