Elektrochemia Układów Mineralnych

W pracowni badane są właściwości granicy fazowej ciało stałe/roztwór oraz procesy zachodzące na takich granicach fazowych (adsorpcja, przeniesienie ładunku, korozja, roztwarzanie, elektroosadzanie). Szczególną uwagę poświęca się układom ważnym z punktu widzenia katalizy, hydrometalurgii, flotacji i ochrony środowiska.

GŁÓWNE KIERUNKI BADAWCZE

• Właściwości powierzchniowe siarczków metali ze szczególnym uwzględnieniem problemu skażenia środowiska jonami metali uwolnionymi w wyniku utleniania siarczków metali w przyrodzie oraz na składowiskach odpadów
• Powierzchniowe domieszkowanie ditlenku tytanu jonami metali przejściowych i właściwości katalityczne oraz fotokatalityczne dotowanego TiO₂
• Otrzymywanie kompozytów metal/ceramika przez elektroosadzanie i badanie ich właściwości metodami elektrochemicznymi i innymi metodami badania powierzchni

STOSOWANE METODY BADAWCZE

• W pracowni stosowane są głównie metody elektrochemiczne (woltamperometria cykliczna, spektroskopia impedancyjna). Metody te łączone są często z typowymi metodami fizykochemii powierzchni jak mikroskopia elektronowa, spektrometria w zakresie promieniowania podczerwonego, spektrometria elektronowa czy mikroskopia skaningowa. Podstawowa aparatura używana w pracowni to zestaw do pomiarów metodą Elektrochemicznej Spektroskopii Impedancyjnej składający się z analizatora odpowiedzi częstotliwościowej FRA 1250 i potencjostatu cyfrowego ECI 1286 (producent: Schlumberger-Solartron).

GŁÓWNE OSIĄGNIĘCIA

• Oszacowanie wielkości prądów wymiany dla reakcji przeniesienia jonów metalu przez granicę faz: siarczek metalu/ wodny roztwór soli metalu dla najważniejszych siarczków metali
• Ocena położenia poziomów energetycznych wytworzonych na granicy fazowej TiO₂/roztwór wodny w wyniku domieszkowania TiO2 jonami metali przejściowych
• Półilościowy opis oddziaływań pomiędzy minerałami w krótko-zwartych ogniwach galwanicznych

Przeniesienia ładunku przez granicę faz: domieszkowana wanadem elektroda TiO₂/ roztwór wodny, zachodzące za pośrednictwem stanów powierzchniowych. W pomniejszeniu pokazany jest woltamperogram cykliczny wykonany w elektrolicie podstawowym (0.5 mol dm^-3 H₂SO₄) oraz w roztworze zawierającym 0.01 mol dm^-3 pirokatechiny. Główna część rysunku pokazuje zależność prądu utlenienia pirokatechiny i prądu redukcji wydzielonego produktu utlenienia od stopnia domieszkowania powierzchni elektrody. Stopień domieszkowania określono przez pomiar ładunku koniecznego do naładowania/rozładowania stanów powierzchniowych w elektrolicie podstawowym.

Widmo impedancyjne elektrody z niestechiometrycznego siarczku miedzi (I) (Cu_1.85 S) w roztworze soli miedzi (0,1 mol dm^-3 CuSO₄ + 0,9 mol dm^-3 H₂SO₄) przy potencjale spoczynkowym, w zakresie częstotliwości: 65535 Hz - 0,125 Hz. Widmo impedancyjne odzwierciedla wszystkie elementy procesu przeniesienia jonu miedzi pomiędzy siecią krystaliczną siarczku a roztworem, a mianowicie: dyfuzję jonu miedzi (I) w siarczku i w roztworze, oporność aktywacyjną procesu przeniesienia ładunku oraz udział produktu pośredniego (adsorbowanego jonu miedzi (I)) w reakcji.