Adsorption kinetics of ions at Bi single crystal planes from aqueous electrolyte solutions and room- temperature ionic liquids

Abstract

Erinevate keemiliste protsesside omaduste uurimisega on keemikud tegelenud sajandeid. Füüsikaline elektrokeemia on teadusharu, mis keskendub keemiliste reaktsioonide ja protsesside füüsikaliste omaduste väljaselgitamisele. Antud doktoritöö teemaks on ioonide adsorptioonikineetika uurimine vesilahustes ning ioonsetes vedelikes metallelektroodil, milleks on vismut. Adsorptsioon on pinnanähtus, mille puhul osakesed kogunevad molekulaarjõudude toimel tahkele pinnale, milleks antud juhul on vismutelektroodi pind. Adsorptsiooniprotsessi toimumise kirjeldamisel on suur tähtsus, kuna adsorptsiooniprotsessid mõjutavad mitmete keemiliste protsesside kiirust, milleks on metallide lahustumine, elektrokeemiline korrosioon, elektrosadestamine, elektrosüntees ja –analüüs, elektrilise kaksikkihi kondensaatoris ja kütuseelemendis toimuvad protsessid. Näiteks efektiivseks korrosiooni inhibeerimiseks kasutatakse tihtipeale orgaanilisi aineid, mis koos spetsiifiliselt adsorbeeruvate katioonidega on võimelised moodustama stabiilseid kompaktseid adsorptsoonikihte. Samuti on leitud, et mõningate elektrosünteesiprotsesside korral on oluline roll foonelektrolüüdina kasutatava lahuse keemilisel koostisel ning mõningad protsessid võivad oluliselt kiireneda spetsiifiliselt adsorbeeruvate katioonide, aga ka anioonide juuresolekul süsteemis. Antud töös näidati, et jodiidiooni adsorptsioonikineetika sõltub elektroodile antud potentsiaalist, jodiidioone sisaldava lahuse kontsentratsioonist ning süsteemile rakendatavast vahelduvvoolu sagedusest. Viimastel aastatel on aktiivse uurimise alla võetud uus ainete klass- ioonsed vedelikud. Ioonsed vedelikud koosnevad nagu nimigi ütleb põhiliselt ioonidest. Ioonsetel vedelikel on rida omadusi, mis lubavad neid kasutada uute tehnoloogiliste lahenduste väljaarendamisel. Antud töös uuriti ioonsete vedelike elektrokeemilisi omadusi ja kasutamise võimalikkust superkondensaatorites.Properties of chemical reactions have been in interest of chemists for decades. Physical electrochemistry is a branch of chemistry that studies physical properties of chemical reactions and charge transfer processes. The main aim of this work was to study the adsorption kinetics of iodide ions and to characterize properties of adsorption kinetics of ionic liquid at bismuth electrode surface. Adsorption is the process of attraction of atoms or molecules (generically known as "monomers") from an adjacent gas or liquid phase to an exposed solid surface. Adsorption processes affect crucially characteristics of heterogeneous electrochemical processes such as anodic dissolution, electrochemical corrosion, electrodeposition, electrosynthesis and electroanalyses. Adsorption processes are important in electric double layer capacitors and fuel cells. Nature of surface active substances as well as ingredients of solutions and crystallographic structure of electrode affect significantly adsorption process kinetics and structure of electrical double layer. Therefore adsorption of inorganic and organic ions, neutral molecules on metal electrodes (poly and mono crystallic), as well as micro- porous carbon electrodes from aqueous and nonaqueous solutions has been studied by electrochemists of Tartu University. In this work it has been pointed out that adsorption of iodide ion depends on the electrode potential applied, on the concentration of solution that contains iodide ions and on ac frequency applied. To date, most chemical reactions have been carried out in electrolytes dissolved in molecular solvents. Recently, however, a new class of chemical reactants has emerged— known as ionic liquids. These substances are fluid at room temperature, and consist mainly of ionic species. They have many fascinating properties which make them of fundamental interest to all chemists, since both the thermodynamics and kinetics of reactions carried out in ionic liquids are different to those in conventional molecular solvents. One of the aim of this work was to establish the properties of electrical double layer at Bi(111) | ionic liquid interface.