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Interactions de la reduction du proton solvate et de l'oxygene dissous, sur une electrode de fer en solution sulfurique

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Résumé

A l'interface Fe/H2SO4, 1 N (aéré ou non), et dans le domaine de potentiel (−0·95, −1·2 V/E.S.S.), nous avons trouvé que le courant cathodique mesuré sur une électrode à disque tournant varie avec la vitesse de rotation Ω suivant une loi de la forme:I=A+BΩ 1/2.

A peut être identifié au courant de réduction du proton solvaté mais dépend fortement de la teneur en oxygène de l'électrolyte. La composante diffusionnelleBΩ 1/2 peut être identifiée à la réduction de l'oxygène dissous mais est très inférieure à celle relative à une surface uniformément réactive. Le blocage résultant est compatible avec l'analyse en fonction du potentiel de la corrélation entreA etBΩ 1/2 en supposant la réaction suivante: Fe Hads⇌Fe H *ads , où Fe Hads est un hydrogène adsorbé faiblement lié de courte durée de vie (qq. s) et Fe H *ads est un hydrogène adsorbé fortement lié de longue durée de vie (qq.h). Le déblocage résulte de la réaction chimique Hads+1/4 O2→1/2 H2O.

Dans le cadre classique du mécanisme de dégagement de l'hydrogène en deux étapes, nous avons montré que notre modèle d'interdépendance implique que l'étape limitant la vitesse soit celle de Tafel à faible surtension et celle d'Horiuti pour des tensions cathodiques plus élevées.

Abstract

We found that at the 1 N Fe/H2SO4 (aerated or de-aerated) interface within the potential range (−0⇒d95, −1.2 V/S.S.E.) the cathodic current measured on a rotating disc electrode varies with the rotation speed Ω according to the relation:I=A+BΩ1/2.

A can be assigned to the reduction of H+ but depends strongly on the oxygen concentration. On the other hand the diffusional componentBΩ1/2 can be assigned to the reduction of dissolved oxygen but is much lower than that relative to a uniform reactive surface. The resulting blocking is consistent with the analysis as a function of the potential of the correlation betweenA andBΩ1/2 by assuming the following reaction: Fe Hads⇌Fe H *ads . Fe Hads and Fe H *ads are adsorbed hydrogen low bonded with a short life time (a few s) and strong bonded with a long life time (a few h) respectively. The blocked surface is activated by the chemical reaction Fe Hads+1/4 O2→1/2 H2O+Fe.

In the classic framework of the two-step hydrogen evolution mechanism, we demonstrated that our interdependence model implies that the rate determining step is the Tafel reaction at low overpotentials and the Horiuti reaction for the highest overpotentials.

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Authors and Affiliations

  1. Groupe de Recherche no. 4 du C.N.R.S. ‘Physique des Liquides et Electrochimie’, associé à l'Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, 75230, Paris Cedex 05, France

    A. Caprani & P. Morel

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  1. A. Caprani
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  2. P. Morel
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Caprani, A., Morel, P. Interactions de la reduction du proton solvate et de l'oxygene dissous, sur une electrode de fer en solution sulfurique. J Appl Electrochem 7, 65–76 (1977). https://doi.org/10.1007/BF00615532

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