Особенности электрохимического поведения синтетических валлериитов, модифицированных никелем. Часть 1: получение, состав и структура материалов

Abstract

Настоящая статья является первой частью работы, направленной на получение, характеризацию фазового и химического состава синтетического валлериита, смешанослойного сульфидно-гидроксидного минерала, состоящего из чередующихся двумерных (2D) слоев с общей формулой [(Fe, Cu)2S2]·x[(Mg2+, Fe2+, Al3+y)(OH)2], где x = 1,24–2,25 и y = 0,00–0,26 с последующим изучением его электрохимического поведения. Рассмотрено влияние добавок никеля, в зависимости от количества которых протекает либо легирование валлериита, либо образование Ni-содержащего композита на основе валлериита. Продукты гидротермального синтеза охарактеризованы с использованием рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии с электронным микрозондовым картированием, рентгеновской фотоэлектронной (РФЭС) и Ожэ-электронной (ОЭС) спектроскопией. С помощью РФЭС показано, что дефицит железа (3+) в сульфидных слоях и концентрация формы Fe3+-OH в гидроксидной подрешетке уменьшаются в образцах, модифицированных алюминием. Найдено, что введение в синтез солей Ni(II) приводит к заметному обогащению поверхностных слоев валлериитов гидроксидной формой Fe3+-OH, а никель присутствует в форме Ni2+-OH, что может указывать на (электро)каталитическую активность материалов, например, в реакции окисления воды

The present paper is the first part of a work aimed at the preparation and characterization of phase and chemical composition of synthetic valleriite, a mixed-layer sulfide-hydroxide mineral, which structure consists of alternating two-dimensional (2D) layers, sharing the common formula of [(Fe, Cu)2S 2]·x[(Mg2+, Fe2+, Al3+y)(OH)2], where x = 1.24–2.25 и y = 0.00–0.26, with their following electrochemical examination. An influence of Ni doping, which gives rise to a doped or composite material, as function of its quantity was investigated. The hydrothermal synthesis products were examined using X‑ray diffraction-based phase analysis (XRD), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS), X‑ray photoelectron (XPS) and Auger-spectroscopy (AES) techniques. Using XPS, both a deficit of Fe within material’s sulfide layers, and Fe(3+)-OH concentration within hydroxide sheets was established to decrease in Al modified samples. A discernible valleriite surface layers enrichment with Fe(3+)-OH hydroxide species was found to arise from Ni(II) salt injection, with Ni presenting within analyzed surface layer as Ni(2+)-OH species. The last fact may render the materials under study potentially (electro)catalytically active in oxygen evolution reaction