결합에 의한 패시브 금속의 활성화 조사

Jan 28, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6117(2023) 이 기사 인용

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패시브 금속의 활성화와 관련된 주요 단계를 이해하는 것은 기계 및 에너지 산업과 일반적으로 표면 과학에서 매우 중요한 주제입니다. 티타늄-H2SO4 시스템은 금속이 전위에 따라 부동태화되거나 부식될 수 있기 때문에 이러한 목적에 특히 유용합니다. 여러 연구에서 전극의 표면 상태에 대한 가설을 세우려고 시도했지만 능동-수동 전이 영역에서 Ti의 표면 상태에 대한 일반적인 합의는 없습니다. 여기에서는 전기화학 전지에서 작동하는 현장 원자간력 현미경(AFM)과 라만 분광법을 결합하여 Ti 전극의 음극 대전이 수동막의 상부 TiO2 부분을 용해시키고 전극은 단지 전극으로 덮여 있음을 보여줍니다. 일산화티탄의 얇은 층. 빠른 양극 반응에는 용액의 산성화와 황 함유 음이온의 축적이 포함됩니다. 이로 인해 용액 탁도가 국부적으로 증가하여 TiOSO4·2H2O 침전에 유리한 지역을 구별할 수 있습니다. 이러한 결과는 때때로 부식 시스템에서 발생하는 음의 분극 저항 형성 뒤에 있는 물리적 기원에 대한 오랫동안 언급된 질문에 대한 명확한 답을 제공하고, 황 함유 화학종 존재 시 수동 표면의 양성자 유발 분해에 대한 이론적 근거를 제공합니다.

티타늄 Gr과 같은 활성화 전극으로 구성된 물리화학적 시스템입니다. 2 황산에 담그면 공간적 불균일성과 여러 정상 상태를 담당하는 시간 의존적 반응을 특징으로 하는 전기화학적 인터페이스를 연구할 수 있는 기회를 제공합니다. 황산에서 Ti의 용해 과정을 연구하는 것의 중요성은 이전 연구1,2,3,4,5,6에서 강조되었습니다. 금속 양이온과 Ti 양이온과 S 함유 음이온의 결합으로 인한 복합체 형성. 티타늄은 특히 항공우주 산업에서 비행기가 대류권과 성층권에서 비행할 때 황산과 접촉하는 전략적 금속이기 때문에 계속해서 주목받을 가치가 있습니다8. 이로 인해 산화물 층이 감소할 때 패시베이션이 발생하게 되는데, 이 과정은 아직 완전히 이해되지 않았습니다9,10. 예를 들어 군용 엔진용 팬 블레이드 제작에 금속을 사용하는 경우 공격은 매우 위험할 수 있습니다. 이는 크리프 저항성과 고부하 조건을 유지하는 부품 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 티타늄 활성화로 이어지는 주요 단계를 이해하는 것은 합금 또는 표면 코팅과 관련된 향후 완화 전략의 기초를 마련하는 데 흥미로울 수 있습니다. 이는 전위차계에 의한 전기화학 반응을 제어하면서 지형 및 표면 분광학 수집을 결합한 특정 현장 분석을 활용하여 수행될 수 있습니다. 예를 들어, 음극화 시 생성된 환원된 산화티타늄 상은 대기 산소에 매우 민감하므로 화학양론을 보존하기 위해 진한 황산과 같은 강력한 환원 환경의 보호 효과를 조사해야 합니다. 이 아이디어에 따라 독자는 공기에 노출된 농도 셀의 탈이온수에 수집된 라만 스펙트럼(보조 그림 1)을 그림 3f-k의 현장 분석과 비교하는 것이 좋습니다.

환원성 산성 용액에 담근 Ti 전극은 부식 전위(Ecorr)가 약 -300mV/SCE(포화 칼로멜 전극) 값에 따라 떨어지도록 하며, 여기서 산화물은 거의 양성자 투명한 것으로 간주됩니다4,13. 현상학적 관점에서 활성에서 수동으로 전환하는 동안 물질의 표면 상태를 설명하기 위해 세 가지 잠정 모델이 개발되었으며, (i) 흡착된 종의 단층 형성, (ii) 감소된 종의 존재 산화물 또는 (iii) 두 종의 혼합을 특징으로 하는 인터페이스4. 여기에서 우리는 전이 영역에서 Ti 표면이 항상 주로 TiO로 구성되고 수동성과 임계 전기화학적 전위(Ecrit.) 사이에 위치하는 얇은 산화물을 특징으로 한다는 것을 확실하게 증명하여 이전에 진행된 두 번째 가설의 타당성을 확인했습니다. 이러한 영역에서 양이온 가수분해에 따른 빠른 양극 동역학은 전극 표면의 국부적 산성화를 의미하며, 이는 적어도 용액 pH에서 한 단위 감소를 초래합니다. 전기적 중성에 따르면 이러한 지역은 황산염과 중황산염이 많이 축적되어 공정에 따라 직경이 수십 마이크로미터에 달하는 과포화 농도 셀을 형성하는 영향을 받습니다. 여기에서 관련된 화학-전기화학 반응은 TiOSO4·2H2O 필름의 침전으로 이어집니다.