В статье представлено комплексное исследование каталитических и коррозионных свойств титановых электродов с активным электрокаталитическим покрытием на основе смешанных оксидов палладия, рутения и иридия (системы Pd-Ru-Ir-Ti). Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения эффективности и селективности анодов, используемых в процессах получения хлора и гипохлорита натрия, путём оптимизации состава их покрытия. Образцы с различным соотношением оксидов металлов платиновой группы были исследованы комплексом физико-химических методов: электрохимической импедансной спектроскопией (ЭИС) и температурно-кинетическим методом. Для обработки данных электрохимической импедансной спектроскопии использовали эквивалентную схему замещения с двумя параллельными ветвями, позволяющую количественно оценить вклад окислительного и адсорбционного механизмов катализа через соотношение Rs1/Rs2. На основе полученных результатов рассчитаны эффективные энергии активации процесса анодного окисления хлорид-ионов. Методом k-средних в двумерном пространстве признаков «энергия активации - отношение Rs1/Rs2» проведена классификация экспериментальных данных с последующей визуализацией кластеров с помощью диаграммы Вороного в системе автоматизированного вычисления Matlab. Это позволило выявить четыре статистически значимые группы образцов, различающихся преобладающим механизмом катализа. Показано, что добавление оксида палладия в состав покрытия снижает эффективную энергию активации процесса до 6-9 кДж/моль и усиливает роль адсорбционного механизма. Напротив, преобладание оксида рутения способствует реализации окислительного катализа, характеризующегося более высокой энергией активации (23-25 кДж/моль). Установленные корреляции между составом, механизмом катализа и энергией активации открывают возможности для целенаправленного дизайна высокоэффективных и селективных анодных материалов.
The article presents a comprehensive study of the catalytic and corrosion properties of titanium electrodes with an active electrocatalytic coating based on mixed palladium, ruthenium and iridium oxides (Pd-Ru-Ir-Ti systems). The relevance of the work is due to the need to increase the efficiency and selectivity of anodes used in the production of chlorine and sodium hypochlorite by optimizing the composition of their coating. Samples with different ratios of platinum group metal oxides were studied by a complex of physico-chemical methods: electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and the temperature-kinetic method. An equivalent substitution scheme with two parallel branches was used to process electrochemical impedance spectroscopy data, which makes it possible to quantify the contribution of oxidative and adsorption catalysis mechanisms through the Rs1/Rs2 ratio. Based on the results obtained, the effective activation energies of the anodic oxidation of chloride ions are calculated. The experimental data was classified using the k-means method in the two-dimensional feature space "activation energy - Rs1/Rs2 ratio" followed by visualization of clusters using the Voronoi diagram in the Matlab automated computing system. This allowed us to identify four statistically significant groups of samples differing in the predominant mechanism of catalysis. It is shown that the addition of palladium oxide to the coating reduces the effective activation energy of the process to 6-9 kJ/mol and enhances the role of the adsorption mechanism. On the contrary, the predominance of ruthenium oxide promotes the implementation of oxidative catalysis, characterized by a higher activation energy (23-25 kJ/mol). The established correlations between the composition, mechanism of catalysis, and activation energy open up opportunities for the targeted design of highly efficient and selective anode materials.