Oxygen evolution reaction on electrolytic nickel-based composite coatings in an alkaline solution

Ni+W+Si and Ni+W+Mo+Si composite coatings were obtained by electrodeposition of crystalline nickel from an electrolyte containing suspension of suitable metallic and non-metallic components (W, Mo and Si). These coatings were obtained under galvanostatic conditions, at the current density of jdep. = 0.100 A cm-2 and at the temperature of 338 K. For comparison the Ni coating was also obtained and investigated in the same manner. Obtained coatings were modified in the air atmo- sphere by thermal treatment at the temperature of 973 K during 1 hour. Thermal treatment of obtained coatings changes their phase composition. X-ray diffraction pattern showed that the Ni+W+Si coating is composed of three phase structures, i.e., nickel, tungsten and silicon. The phase composition for the Ni+W+Si coating after thermal treatment in the air is markedly different. The main peaks corresponding to the W coexist with the new ones corresponding to new phases: NiWO4 and two forms of SiO2. X-ray diffraction pattern showed that the Ni+W+Mo+Si coating is composed of four phase structures, i.e., nickel, tungsten, molybdenum and silicon. The phase composition for the Ni+W+Mo+Si coating after thermal treatment in the air is also markedly different. This may be concluded from the presence new peaks corresponding to new phases: NiWO4, NiMoO4 and SiO2. The phase composition for the Ni coating after thermal treatment in the air is different in comparison with Ni as-deposited coating. The main peaks corresponding to the Ni coexist with the new ones corresponding to new phase: NiO, what suggests that the nickel coating was also oxidized. The electrochemical activity of thermally treated coatings was studied in the process of oxygen evolution reaction (OER) from 5 M KOH solution using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) method. It was found that Ni+W+Mo+Si composite coating after thermal treatment in the air is characterized by enhanced electrochemical activity towards oxygen evolution as compared with Ni+W+Si and Ni coatings after thermal treatment in the air. This coating to characterize least values of the logarithm impedance module log |Z|, phase angle [phi], charge-transfer resistance Rct, and greatest values of double-layer capacitance Cdl. Thus obtained coating may be useful in application as electrode material for the oxygen evolution reaction.

---

Powłoki kompozytowe Ni+W+Si i Ni+W+Mo+Si otrzymano poprzez elektroosadzanie krystalicznego niklu z elektrolitu zawierającego zawiesinę odpowiednich metalicznych i niemetalicznych składników (W, Mo i Si). Te powłoki otrzymano w warunkach galwanostatycznych (jdep. = 0,100 A cm-2) w temperaturze 338 K. Do celów porównawczych otrzymano również powłokę Ni, którą poddano identycznym badaniom jak pozostałe. Otrzymane powłoki zostały poddane obróbce cieplnej w atmosferze powietrza w temperaturze 973 K przez 1 godzinę. Obróbka cieplna otrzymanych powłok zmieniła ich skład fazowy. Rentgenowska analiza fazowa powłok Ni+W+Si po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza wykazała obecność następujących faz: NiWO4, dwóch odmian SiO2 oraz występującej już wcześniej fazy W. Rentgenowska analiza fazowa powłok Ni+W+Mo+Si po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza wykazała obecność nowych faz: NiWO4, NiMoO4 oraz SiO2. Natomiast rentgenowska analiza fazowa powłok Ni po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza wykazała obecność nowej fazy NiO oraz występującej już wcześniej fazy Ni. Charakterystykę aktywności elektrochemicznej w procesie wydzielania tlenu w środowisku alkalicznym (5 M KOH) dla powłok po obróbce cieplnej w atmosferze powietrza prowadzono metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Stwierdzono, że powłoka kompozytowa Ni+W+Mo+Si po obróbce cieplnej charakteryzuje się podwyższoną aktywnością elektrochemiczną w procesie wydzielania tlenu w porównaniu do powłok Ni+W+Si i Ni po obróbce cieplnej. Powłoka kompozytowa Ni+W+Mo+Si po obróbce cieplnej charakteryzuje się najmniejszymi wartościami logarytmu modułu impedancji log |Z|, kąta przesunięcia fazowego [phi] i oporu przeniesienia ładunku Rct oraz największymi wartościami pojemności warstwy podwójnej Cdl . Tak otrzymana powłoka może być zastosowana jako materiał elektrodowy w procesie wydzielania tlenu.