Optimal composition of paste composite electrodes based on glassy carbon matrix and iron oxides

Authors

  • D. S. Tolstoguzov South Ural State University
  • S. V. Shtin South Ural State University
  • K. R. Smolyakova South Ural State University
  • A. N. Zhanakhova South Ural State University
  • K. V. Matveev South Ural State University
  • G. A. Khasanova South Ural State University
  • E. I. Dubinina South Ural State University
  • N. S. Nekorysnova South Ural State University
  • A. S. Chernukha South Ural State University
  • V. K. Bezhin South Ural State University
  • M. A. Paladiy South Ural State University
  • A. M. Tarasov South Ural State University
  • D. M. Galimov South Ural State University
  • D. A. Zherebtsov South Ural State University

Keywords:

glassy carbon, composite nanomaterials, composite, oil ratio, cyclic voltammetry, impedance spectrum

Abstract

The article considers the influence of the powder-oil ratio in the composition of paste electrodes, made of composites based on glassy carbon, on their behavior in a solution (0.1 M KCl, 0.005 M K3[Fe(CN)6], 0.005 M K4[Fe(CN)6). The obtained composite nanomaterials were studied by X-ray phase analysis, transmission and scanning electron microscopy, and X-ray spectral analysis. X-ray phase analysis showed that the sample contained graphite, magnetite Fe3O4, and cementite Fe3C. The results of scanning electron microscopy showed that particles of crystalline phases formed agglomerates ranging in size from 0.1 to 3 μm. Carbon composites were crushed and sifted through a 0.05 mm sieve, after which a paste for the electrode was prepared from the resulting powder with the ratios of the composite to vacuum oil (in mg): 80 : 5, 80 : 10, 80 : 15, 80 : 20, 80 : 25, 80 : 30. Then it was stirred into a homogeneous mass and stuffed into a tubular electrode with the 3 mm diameter. Based on a comparison of the impedance spectra and voltammograms, it has been shown that the ratio of the composite to oil that is optimal for the electrode performance is 80:10 (mass). A significant drift of the properties of freshly prepared pastes has been discovered, which is excluded by keeping them for a day before use. The decisive influence of a fresh surface before each measurement has been shown.

Author Biographies

D. S. Tolstoguzov, South Ural State University

аспирант, инженер кафедры материаловедения и физико-химии материалов, младший научный сотрудник лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации

S. V. Shtin, South Ural State University

кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации, доцент кафедры «Материаловедение и физико-химии материалов»

K. R. Smolyakova, South Ural State University

кандидат химических наук, доцент кафедры «Экология и химическая технология»

A. N. Zhanakhova, South Ural State University

инженер кафедры «Экология и химическая технология», инженер лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации

K. V. Matveev, South Ural State University

лаборант-исследователь лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации, студент кафедры «Экология и химическая технология»

G. A. Khasanova, South Ural State University

студент кафедры «Экология и химическая технология»

E. I. Dubinina, South Ural State University

студент кафедры «Экология и химическая технология»

N. S. Nekorysnova, South Ural State University

студент кафедры «Экология и химическая технология», лаборант-исследователь лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации

A. S. Chernukha, South Ural State University

кандидат химических наук, доцент кафедры «Материаловедения и физико-химии материалов», доцент кафедры «Экология и химическая технология», научный сотрудник лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации

V. K. Bezhin, South Ural State University

студент кафедры теоретической и прикладной химии

M. A. Paladiy, South Ural State University

студент кафедры «Экология и химическая технология»

A. M. Tarasov, South Ural State University

студент кафедры «Экология и химическая технология»

D. M. Galimov, South Ural State University

инженер кафедры «Экология и химическая технология», научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии», научный сотрудник УНИД, лаборант-исследователь лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации

D. A. Zherebtsov, South Ural State University

доктор химических наук, старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физико-химии материалов, старший научный сотрудник лаборатории экологических проблем и постиндустриальной агломерации

Published

2024-09-09