Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів

Методом катодного електроосадження отримано плівки оксиду ніобію з водних розчинів на основі ніобієвих пероксокомплексів сполук ніобію. Встановлено, що такі плівки володіють електрохромним ефектом з високим контрастом забарвлення у видимій області спектра. Дослідження складу електроліту осадження та...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2013
Hauptverfasser: Фоманюк, С.С., Краснов, Ю.С., Колбасов, Г.Я.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainian
Veröffentlicht: Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України 2013
Schriftenreihe:Украинский химический журнал
Schlagworte:
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/188064
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів / С.С. Фоманюк, Ю.С. Краснов, Г.Я. Колбасов // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 10. — С. 114-117. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-188064
record_format dspace
spelling irk-123456789-1880642023-02-11T01:28:12Z Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів Фоманюк, С.С. Краснов, Ю.С. Колбасов, Г.Я. Электрохимия Методом катодного електроосадження отримано плівки оксиду ніобію з водних розчинів на основі ніобієвих пероксокомплексів сполук ніобію. Встановлено, що такі плівки володіють електрохромним ефектом з високим контрастом забарвлення у видимій області спектра. Дослідження складу електроліту осадження та процесів електрохімічного формування плівок оксиду ніобію на катоді показали, що в процесі осадження відновлюються різні форми ніобієвих пероксокомплексів. Зі зменшенням величини потенціалу осадження від +300 до –300 мВ колір електрохромного забарвлення утворених оксидних плівок ніобію змінювався від світло-коричневого до чорного. Фізико-хімічні дослідження складу та структури таких плівок показали, що відновлення ніобієвих пероксокомплексів, присутніх в електроліті осадження, при більш від’ємних значеннях потенціалу приводить до формування оксиду ніобію з більшими розмірами нанокристалітів та більшим вмістом води. Методом катодного электроосаждения получены пленки оксида ниобия из водных растворов на основе ниобиевых пероксокомплексов. Установлено, что такие пленки обладают электрохромным эффектом с высоким контрастом окрашивания в видимой области спектра. Исследование состава электролита осаждения и процессов электрохимического формирования пленок оксида ниобия на катоде показало, что в процессе осаждения происходит восстановление разных форм ниобиевых пероксокомплексов. С уменьшением величины потенциала осаждения от +300 к –300 цвет электрохромного окрашивания образованных оксидных пленок ниобия изменялся от светло-коричневого к черному. Физико-химические исследования состава и структуры таких пленок показали, что восстановление ниобиевых пероксокомплексов, присутствующих в электролите осаждения, при более отрицательных значениях потенциала приводит к формированию оксида ниобия с большими размерами нанокристаллитов и большим содержанием воды. Electrochromic niobium oxide films have obtained from aqueous solutions based on peroxo complexes of niobium(V) by cathodic electrodeposition. It has been found that such films possess electrochromic effect with high color contrast in the visible spectrum. A study of the composition of the electrolyte for deposition and electrochemical processes of formation of niobium oxide films on the cathode showed that the deposition process involves reduction of different forms of peroxo complexes of niobium(V). With decrease in the deposition potential of niobium oxide from +300 to -300, electrochromic coloration of these films changed from light brown to black. Physico-chemical studies of the composition and structure of these films established that the reduction peroxo complexes of niobium present in the deposition electrolyte with more negative potential leads to the formation of niobium oxide with large-sized nanocrystallites and high water content. 2013 Article Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів / С.С. Фоманюк, Ю.С. Краснов, Г.Я. Колбасов // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 10. — С. 114-117. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/188064 541.135/135.5 uk Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Электрохимия
Электрохимия
spellingShingle Электрохимия
Электрохимия
Фоманюк, С.С.
Краснов, Ю.С.
Колбасов, Г.Я.
Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів
Украинский химический журнал
description Методом катодного електроосадження отримано плівки оксиду ніобію з водних розчинів на основі ніобієвих пероксокомплексів сполук ніобію. Встановлено, що такі плівки володіють електрохромним ефектом з високим контрастом забарвлення у видимій області спектра. Дослідження складу електроліту осадження та процесів електрохімічного формування плівок оксиду ніобію на катоді показали, що в процесі осадження відновлюються різні форми ніобієвих пероксокомплексів. Зі зменшенням величини потенціалу осадження від +300 до –300 мВ колір електрохромного забарвлення утворених оксидних плівок ніобію змінювався від світло-коричневого до чорного. Фізико-хімічні дослідження складу та структури таких плівок показали, що відновлення ніобієвих пероксокомплексів, присутніх в електроліті осадження, при більш від’ємних значеннях потенціалу приводить до формування оксиду ніобію з більшими розмірами нанокристалітів та більшим вмістом води.
format Article
author Фоманюк, С.С.
Краснов, Ю.С.
Колбасов, Г.Я.
author_facet Фоманюк, С.С.
Краснов, Ю.С.
Колбасов, Г.Я.
author_sort Фоманюк, С.С.
title Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів
title_short Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів
title_full Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів
title_fullStr Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів
title_full_unstemmed Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів
title_sort електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів
publisher Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
publishDate 2013
topic_facet Электрохимия
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/188064
citation_txt Електрохромні властивості плівок оксиду ніобію, осаджених з ніобієвих пероксокомплексів / С.С. Фоманюк, Ю.С. Краснов, Г.Я. Колбасов // Украинский химический журнал. — 2013. — Т. 79, № 10. — С. 114-117. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
series Украинский химический журнал
work_keys_str_mv AT fomanûkss elektrohromnívlastivostíplívokoksiduníobíûosadženihzníobíêvihperoksokompleksív
AT krasnovûs elektrohromnívlastivostíplívokoksiduníobíûosadženihzníobíêvihperoksokompleksív
AT kolbasovgâ elektrohromnívlastivostíplívokoksiduníobíûosadženihzníobíêvihperoksokompleksív
first_indexed 2025-07-16T09:54:41Z
last_indexed 2025-07-16T09:54:41Z
_version_ 1837796879021113344
fulltext ЭЛЕКТРОХИМИЯ УДК 541.135/135.5 С.С.Фоманюк, Ю.С.Краснов, Г.Я.Колбасов ЕЛЕКТРОХРОМНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВОК ОКСИДУ НІОБІЮ, ОСАДЖЕНИХ З НІОБІЄВИХ ПЕРОКСОКОМПЛЕКСІВ Методом катодного електроосадження отримано плівки оксиду ніобію з водних розчинів на основі ніобієвих пероксокомплексів сполук ніобію. Встановлено, що такі плівки володіють електрохромним ефектом з високим контрастом забарвлення у видимій області спектра. Дослідження складу елек- троліту осадження та процесів електрохімічного формування плівок оксиду ніобію на катоді показа- ли, що в процесі осадження відновлюються різні форми ніобієвих пероксокомплексів. Зі зменшенням величини потенціалу осадження від +300 до –300 мВ колір електрохромного забарвлення утворених оксидних плівок ніобію змінювався від світло-коричневого до чорного. Фізико-хімічні дослідження складу та структури таких плівок показали, що відновлення ніобієвих пероксокомплексів, присут- ніх в електроліті осадження, при більш від’ємних значеннях потенціалу приводить до формування оксиду ніобію з більшими розмірами нанокристалітів та більшим вмістом води. ВСТУП. Однією з основних вимог до елек- трохромних матеріалів є їх оптична однорідність та високий контраст забарвлення. Тому важливо вибрати оптимальну методику отримання плі- вок електрохромних матеріалів з високим кон- трастом їх забарвлення. Найбільш простою ме- тодикою, що задовольняє ці вимоги, є електро- хімічне осадження плівок з водних розчинів електролітів. Більшість оксидів металів мають низьку ефективність забарвлення у видимій ділянці спектру [1]. На відміну від таких електрохром- них оксидів, оксид ніобію (V) має високий кон- траст електрохромного забарвлення у видимій області спектру [2]. Тонкі плівки оксиду ніобію, отримані методом електрохімічного осадження з водних розчинів електролітів, можуть задово- льнити основним вимогам до електрохромних матеріалів. У зв’язку з цим метою роботи було визначення оптимального складу електроліту на основі ніобієвих пероксокомплексів та пара- метрів електроосадження плівок оксиду ніобію, а також дослідження їх електрохромних влас- тивостей. ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬ- ТАТІВ. У даній роботі вивчали вплив параметрів електроосадження плівок оксиду ніобію з кислих розчинів ніобієвих пероксокомплексів на їх елек- трохромні властивості. Процеси осадження на катоді (струмопровідному шарі SnO2) дослід- жували за допомогою потенціостату ЕР-21 мето- дом циклічної вольтамперометрії. Склад оксид- них плівок визначали методом ІЧ-спектроскопії на спектрофотометрі Specord M80 в кюветах, виготовлених із броміду калію, структуру оксид- них плівок — рентгенофазовим аналізом на ди- фрактометрі ДРОН-2. Морфологію поверхні ви- вчали за допомогою скануючого електронного мікроскопу JSM 6700F. Склад електроліту аналі- зували методами оптичної спектроскопії та тер- могравіметричного аналізу. Термогравіметрич- ний аналіз проводили в герметичних керамічних кюветах з патрубком для відводу газів. Застосу- вання нестандартного обладнання допомогло визначити одночасно тепловий ефект термічно- го розкладу кристалів пероксоніобієвих кислот та кількість виділеного при цьому кисню. Зали- шок у вигляді безводного оксиду ніобію (V) зва- жували на аналітичних вагах ВЛР-200. Розчин пероксоніобату готували шляхом роз- чинення порошку Nb2O5 в суміші концентрова- ної сірчаної кислоти з 35 %-м перекисом водню при температурі 100 оС. Аналіз оптичних спектрів поглинання роз- чину електроліту показав, що в залежності від вмісту перекису водню максимум поглинання при 380 нм зростає зі зменшенням рН розчину від 3 до 2. Як відомо з літературних даних [3], при © С.С.Фоманюк, Ю .С.Краснов, Г.Я .Колбасов , 2013 114 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10 таких значеннях рН у розчині можуть перебува- ти щонайменше три різновиди пероксокомп- лексів п’ятивалентного ніобію з координацій- ним числом 8. Термогравіметричний аналіз кри- сталів пероксокомплексів підтвердив літерату- рні дані [3], в яких комплекси зі стехіометрією по активному кисню відносно атомів ніобію (2:1) існують при рН 3 і заряджені нейтрально, комплекси із стехіометрією (3:1) — при рН 2 і від’ємно заряджені. Поляризаційні вимірювання показали, що при рН 3 в електроліті на основі ніобієвих перок- сокомплексів виникають дві хвилі відновлення та дві хвилі окиснення: перша хвиля відновлення — у діапазоні потенціалів 300—200 мВ, друга — при 100—0 мВ. Виникнення хвиль пов’язано з відновленням пероксокомплексів різного заряду. Від’ємно заряджені пероксокомплекси віднов- люються при значеннях потенціалу 300—200 мВ, нейтрально заряджені — при потенціалах 100—0 мВ. Анодні хвилі окислення пов’язані зі зворотним процесом розчинення утворених на катоді оксидних сполук ніобію. На рис. 1 пока- зано вплив розчиненого кисню на поляризаційні характеристики. Для зменшення концентрації кисню в електроліті проводили продування ко- мірки очищеним аргоном. Як видно з анодних кривих на рис. 1, інтенсивності хвиль зворотно- го розчинення плівки збільшувались після вида- лення кисню. В атмосфері аргону швидкість розчинення продуктів перевищує швидкість їх осадження в 3 рази. Пояснити таку поведінку можна хімічною реакцією окислення киснем з повітря частково відновлених на катоді сполук оксиду ніобію (V) [4]. Як відомо з літератури [4], в кислому середо- вищі на відміну від лужних електролітів немож- ливе відновлення сполук ніобію (V) до металіч- ного ніобію. На катоді паралельно проходить реакція хімічного окиснення утворених оксидів ніобію (IV) та (III) до оксиду ніобію (V) [4]. Та- ким чином, утворення плівки проходить одноча- сно за рахунок електрохімічних та хімічних ре- акцій за участю кисню. Дослідження плівок оксиду ніобію, осадже- них при різних значеннях потенціалу з елект- роліту на основі ніобієвих пероксокомплексів при рН 3, методом ІЧ-спектроскопії показало, що більш від’ємний потенціал осадження приво- див до утворення осадів з більшим вмістом кри- сталічної води та гідроксидних груп. Відмічено збільшення смуг поглинання на ІЧ-спектрах при 1100, 1622 та 3450 см-1, що відповідають за гід- рооксидні групи, зв’язані з атомами ніобію, та кристалічну воду. Рентгенофазовий аналіз оса- дів, представлений на рис. 2, показав, що чим від’ємніший потенціал осадження, тим плівки більш полікристалічні. В плівках, отриманих в діапазоні потенціалів від +300 до +200 мВ, спо- стерігались тільки дві кристалічні модифікації оксиду ніобію (V) — гексагональна та ортором- бічна. Плівки, отримані при від’ємних значеннях потенціалу від –200 до –500 мВ, мали в своєму Рис. 1. Циклічні вольт-амперні залежності процесу утворення та розчинення оксидних сполук ніобію з розчину ніобієвих пероксокомплексів в атмосфері ар- гону, зняті при швидкостях розгортки потенціалу 30 (1); 14.6 (2); 5.7 (3); 3.2 (4); 1.6 (5) та 0.63 (6) мВ/с. Рис. 2. Дифрактограми продуктів катодного осаджен- ня оксидних сполук ніобію: оксид, осаджений при по- тенціалах від +300 до +150 мВ (1) і від –200 до –500 мВ (2), де — орторомбічний Nb2O5 , • — гекса- гональний Nb2O5 , — моноклінний Nb2O5 , — тетрагональний Nb2O5 , * — NbO2 рутил. ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10 115 складі понад чотири кристалічні модифікації Nb2O5 та одну модифікацію NbO2. Скануюча еле- ктронна мікроскопія осадів, одержаних при різ- них потенціалах (рис. 3), показала, що значен- ня потенціалу осадження впливає також на роз- міри нанокристалітів в плівці. Чим більш від’є- мний потенціал осадження, тим більших розмі- рів утворювались нанокристаліти в плівці. З проведеного аналізу складу отриманих ок- сидних плівок ніобію та електроліту їх осаджен- ня можна зробити висновок, що дві хвилі утво- рення і розчинення продуктів на катоді відпо- відають осадженню оксидних та гідрооксидних сполук ніобію. При потенціалах у додатній обла- сті з пероксокомплексів, що існують в межах рН 2—3, більшою мірою утворюються оксидні спо- луки ніобію, а починаючи від 0 мВ і далі у від’є- мній області потенціалів переважає утворення гідрооксидних форм. Дослідження електрохромних властивостей отриманих плівок оксиду ніобію з розчинів ніо- бієвих пероксокомплексів у пропіленкарбонаті з розчиненим перхлоратом літію показали, що по- тенціал їх осадження впливає на колір їх забар- влення. Плівки, осаджені в діапазоні від +300 до 0 мВ, мають світло-коричневе забарвлення та поглинають у видимій області спектру (рис. 4). Плівки, осаджені при від’ємних значеннях по- тенціалу від 0 до –500 мВ, забарвлюються темно- чорним кольором та мають широку смугу пог- линання у видимій та ближній ІЧ-області спек- тру (рис. 4). Показник їх електрохромної ефек- тивності в окремих випадках досягав 30 Кл/см2, що перевищує відомі показники, які знаходять- ся в межах 5—10 Кл/см2 [2]. Таким чином, плівки, одержані мето- дом катодного осадження з кислих роз- чинів пероксоніобієвих комплексних спо- лук, мають високі показники електрохро- мної ефективності у видимій області спек- тра. Дослідження їх електрохромних вла- стивостей показало, що спектр їх електро- хромного забарвлення суттєво залежить від потенціалу осадження. Плівки, осад- жені при різних значеннях потенціалу, ма- ли відмінності у структурі, складі та роз- мірі нанокристалітів. Зменшення величи- ни потенціалу осадження приводило до утворення плівок з більшим розміром на- нокристалітів, вмістом кристалічної води та гідрооксидних груп. РЕЗЮМЕ. Методом катодного электроосажде- ния получены пленки оксида ниобия из водных рас- творов на основе ниобиевых пероксокомплексов. Ус- тановлено, что такие пленки обладают электрохром- ным эффектом с высоким контрастом окрашивания в видимой области спектра. Исследование состава эле- ктролита осаждения и процессов электрохимическо- го формирования пленок оксида ниобия на катоде показало, что в процессе осаждения происходит вос- становление разных форм ниобиевых пероксоком- плексов. С уменьшением величины потенциала осаж- дения от +300 к –300 цвет электрохромного окраши- вания образованных оксидных пленок ниобия изме- нялся от светло-коричневого к черному. Физико-хи- мические исследования состава и структуры таких Электрохимия Рис. 3. Мікрофотографії поверхні плівок оксиду ніобію тов- щиною 600 нм, що отримані катодним осадженням з водного сірчанокислого електроліту на основі пероксоніобатів при потенціалах 200 (1) та –200 мВ (2). Рис. 4. Спектри оптичного забарвлення плівок Nb2O5 при потенціалі –1 В в 1 М LiClO4 у пропілен-карбо- наті, отриманих катодним струмом при різних потенціалах осадження: +200 (1), 0 (2) та –200 мВ (3) з пероксоніобієвого сірчанокислого електроліту на електроді з струмопровідним шаром SnO2. 116 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10 пленок показали, что восстановление ниобиевых пе- роксокомплексов, присутствующих в электролите оса- ждения, при более отрицательных значениях потен- циала приводит к формированию оксида ниобия с бо- льшими размерами нанокристаллитов и большим со- держанием воды. SUMMARY. Electrochromic niobium oxide films have obtained from aqueous solutions based on peroxo complexes of niobium(V) by cathodic electrodeposition. It has been found that such films possess electrochromic effect with high color contrast in the visible spectrum. A study of the composition of the electrolyte for deposition and electrochemical processes of formation of niobium oxide films on the cathode showed that the deposition process involves reduction of different forms of peroxo complexes of niobium(V). With decrease in the deposi- tion potential of niobium oxide from +300 to -300, electrochromic coloration of these films changed from light brown to black. Physico-chemical studies of the compo- sition and structure of these films established that the reduction peroxo complexes of niobium present in the deposition electrolyte with more negative potential leads to the formation of niobium oxide with large-sized nanoc- rystallites and high water content. ЛІТЕРАТУРА 1. Granqvist C.G. Handbook of Inorganic Electrochro- mic Materials. -Amsterdam: Elsevier, 1995. 2. Bueno P.R., Avellaneda C.O., Faria R.C., Bulhoes L.O.S. // Electrochim. Acta. -2001. -46, № 13–14. -Р. 2113—2118. 3. Неорганические перекисные соединения / Под ред. И .И .Вольнова. -М .: Наука, 1975. 4. Гибало И .М . Аналитическая химия ниобия и танта- ла. -М .: Наука, 1967. Інститут загальної та неорганічної хімії Надійшла 09.12.2012 ім. В.І.Вернадського НАН України, Київ ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2013. Т. 79, № 10 117