Написати автору Вплив кінетичних параметрів і коефіцієнтів дифузії на стаціонарну концентрацію електроактивних та електронеактивних частинок у модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.04.478
Анотація
Метою даної роботи є встановлення впливу кінетичних параметрів та коефіцієнтів дифузії на стаціонарний розподіл концентрації електроактивних та електронеактивниих частинок у модельному електрохімічному процесі з попередньою хімічною реакцією при постійному струмі. Ми розглядаємо попередню гомогенну хімічну реакцію першого порядку з обротною гетерогенною електрохімічною реакцією на поверхні плаского електрода. Для встановлення особливостей стаціонарного розподілу концентрації електроактивних та електронеактивниих частинок у тонкому нерухомому шарі біля поверхні плаского електрода були проаналізовані точні розв’язки системи диференційних рівнянь, що описують зміну концентрацій реагуючих частинок із відстанню до поверхні плаского електрода. Розглядалися випадки однакових та різних коефіцієнтів дифузії частинок, які беруть участь у попередній хімічній реакції. Показано, що коефіцієнти дифузії обох реагуючих частинок можуть впливати на їхні концентраційні профілі у тонкому нерухомому шарі біля поверхні електрода. Показано, що стаціонарна концентрація електроактивних та електронеактивниих частинок зменшується зі зростанням коефіцієнтів дифузії. Вплив констант швидкості попередньої хімічної реакції на стаціонарну концентрацію є різним для електроактивних та електронеактивниих частинок. Зростання констант швидкості попередньої хімічної реакції веде до зменшення стаціонарної концентрації електроактивних частинок, тоді як стаціонарна концентрація електронеактивних частинок дещо збільшується. Це також стосується і випадку зі стаціонарною поверхневою концентрацією електроактивних та електронеактивниих частинок. Товщина тонкого нерухомого шару біля поверхні плаского електрода, де відбувається зміна концентрації електроактивних частинок, також впливає на концентраційні розподіли. Вплив цього параметра особливо визначальний при низьких значеннях констант швидкості хімічної реакції.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
1. Laborda E., González J., Molina A. A reasoned general explanation about the concepts of diffusion and reaction layers. J. Solid State Electrochem. 2023. 28: 1259. https://doi.org/10.1007/s10008-023-05688-3
2. Baltes N., Thouin L., Amatore C., Heinze J. Imaging concentration profiles of redox-active species with nanometric amperometric probes: effect of natural convection on transport at microdisk electrodes. Angew. Chem. Int. Ed. 2004. 43(11): 1431. https://doi.org/10.1002/anie.200352662
3. León T., López J., Torres R., Grau J., Jofre L., Cortina J.-L. Time-dependent 2-D model for transport of species analysis in electrodialysis: Concentration profiles and fluxes. Desalination. 2023. 565: 116819. https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116819
4. Kovář P., Smoleň M., Pagáč J., Kincl M., Slouka Z. Experimental 3D concentration profiles along an electrodialysis channel reveal a strong effect of natural convection. Desalination. 2023. 548: 116302. https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.116302
5. Gong L., Khodaparastasgarabad N., Hall M.D., Greener J. A new angle to control concentration profiles at electroactive biofilm interfaces: Investigating a microfluidic perpendicular flow approach. Electrochim. Acta. 2022. 431: 141071. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2022.141071
6. Kumar A., Craig V.S.J., Page A.J., Webber G.B., Wanless E.J., Andersson G. Ion specificity in the measured concentration depth profile of ions at the Vapor-Glycerol interface. J. Colloid Interface Sci. 2022. 626: 687. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.06.104
7. Adnan F.H., Pons M.-N., Mousset E. Mass transport evolution in microfluidic thin film electrochemical reactors: New correlations from millimetric to submillimetric interelectrode distances. 2021. 130: 107097. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2021.107097
8. Krishnakumara S., Rani R.U., Narayanana K.L., Rajendran L. Theoretical analysis of the enzyme reaction processes within the multiscale porous biocatalytic electrodes: Akbari-Ganji's and Taylor's series method. Int. J. Electrochem. Sci. 2024. 19: 100527. https://doi.org/10.1016/j.ijoes.2024.100527
9. Mary L.C., Rani R.U., Meena A., Rajendran L. Nonlinear Mass Transfer at the electrodes with reversible homogeneous reactions:Taylor's series and hyperbolic function method. Int. J. Electrochem. Sci. 2021. 16: 151037. https://doi.org/10.20964/2021.01.73
10. Devi M.C., Pirabaharan P., Abukhaled M., Rajendran L. Analysis of the steady-state behavior of pseudo-first-order EC-catalytic mechanism at a rotating disk electrode. Electrochim. Acta. 2020. 345: 136175. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136175
11. Baronas R. Nonlinear effects of diffusion limitations on the response and sensitivity of amperometric biosensors. Electrochim. Acta. 2017. 240: 399. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.04.075
12. Zhao M., Qian Z.H., Qin R.J., Yu J.Y., Wang Y.J., Niu L. In situ SECM study on concentration profiles of electroactive species from corrosion of stainless steel. Corrosion Engineering, Science and Technology. 2013. 48(4): 270. https://doi.org/10.1179/1743278212Y.0000000066
13. Pototskaya V.V., Gichan O.I. The Gerischer finite length impedance: a case of unequal diffusion coefficients. J. Electroanal. Chem. 2019. 852: 113511. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2019.113511
14. Gichan O.I. Peculiarities of the concentration distribution in the near-electrode layer in a course of homogeneous chemical reaction of the first order in a model electrochemical process under steady-state conditions. Him. Fiz. Technol. Poverhni. 2018. 9(3): 251. https://doi.org/10.15407/hftp09.03.251
15. Wolfram S. MathematicaTM. (Redwood City: Addison Wesley, 1988).
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.04.478
Copyright (©) 2024 O. I. Gichan
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.