Слідження механізмів початкових стадій утворення MnO2 у сульфатних та ацетатних електролітах з використанням методу RRDE у порівнянні з результатами квантово-хімічних розрахунків

Полтавець, В.В. and Нетроніна, О.В. and Абраїмова, О.Є. (2025) Слідження механізмів початкових стадій утворення MnO2 у сульфатних та ацетатних електролітах з використанням методу RRDE у порівнянні з результатами квантово-хімічних розрахунків. Journal of Chemistry and Technologies, 33 (2). pp. 375-383. ISSN 2663-2934 (Print), 2663-2942 (Online)

Text Стаття_6_Полтавець-.pdf Download (413kB)

Abstract

Формування селективних електродів з високою чутливістю є одним з найважливіших завдань у розробці для електрохімічних біосенсорів. Розуміння механізмів електрохімічного формування MnO2 як каталітичного матеріалу є важливим фактором стратегії синтезу електроду для визначення гідроген пероксиду в мікрокількостях. У даній статті такий механізм вперше аналізується методом зіставлення RRDE (дисковий електрод з кільцем, що обертається) вимірювань з результатами квантово-хімічних розрахунків. Дослідження проводили в сульфатних розчинах з рН 1, рН 2 та рН 3.5. У сульфатних електролітах з рН 1 та рН 2 за потенціалів початку реакції окиснення Mn2+-іонів зафіксований механізм прямого переходу електрону. Запропонований інший механізм окиснення Mn2+ активними оксигеновмісними частинками не зафіксовано, але не виключений їх вплив за більш позитивних потенціалів. Відзначений важливий вплив гідролізу на процес, що бачимо в відмінностях RRDE-залежностей з різними значеннями рН розчинів. Припущено, що зі збільшенням рН до 3.5 гідролізовані комплекси Mn3+ прикріплюються до поверхні й подальші перетворення пов’язані з окисненням в щільному поверхневому шарі. Також був досліджений процес, що протікає в ацетатному електроліті. RRDE-метод підтвердив висунуте припущення щодо можливості диспропорціонування Mn3+-іонів до Mn2+ і Mn4+ у складі ацетатних комплексів. Фотографії SЕМ покриттів MnO2, отриманих у досліджуваних електролітах, ілюструють вплив природи електроліту та рН розчину на структуру та морфологію отриманого осаду. The formation of selective electrodes with high sensitivity for electrochemical biosensors is one of the most important tasks in the development of such devices. Therefore, understanding the mechanisms of electrochemical formation of MnO2 as an electrode material is an important factor in the strategy of coating synthesis for the determination of hydrogen peroxide in microquantities. In this article, for the first time, such a mechanism is analysed by comparing RRDE (rotating disk electrode with a ring) measurements with the results of quantum chemical calculations. The investigation was carried out in sulphate solutions with pH 1, pH 2 and pH 3.5. In sulfate electrolytes with pH 1 and pH 2, the mechanism of direct electron transfer has been fixed at the potentials for the initiation of the oxidation reaction of Mn2+ particles. The proposed mechanism of oxidation of divalent manganese by active oxygen-containing particles was not recorded. But we do not exclude their influence at more positive potentials. We note the important influence of hydrolysis on the process, which is seen in the difference in RRDE dependences at different pH of solutions. We assume that with an increase in pH to 3.5, Mn3+ hydrolyzed complexes attach to the surface and further transformations are associated with oxidation in a dense surface coating. The process occurring in the acetate electrolyte was also investigated. The RRDE method confirmed the assumption of the possibility of disproportionation of Mn3+ particles to Mn2+ and Mn4+ in the composition of acetate complexes. SEM photographs of MnO2 coatings obtained in the studied electrolytes illustrate that the nature of the electrolyte and the pH of the solution affect the structure and morphology of the resulting precipitate.

Item Type:	Article
Additional Information:	https://doi.org/10.15421/jchemtech.v33i2.329025
Uncontrolled Keywords:	діоксид мангану, квантово-хімічні розрахунки, RRDE. Mangan dioxide, RRDE, quantum chemical calculations.
Subjects:	Analytical Chemistry
Divisions:	Departments > Department of Biochemistry and medical chemistry
Depositing User:	Анастасия Жигар
Date Deposited:	21 Apr 2026 10:52
Last Modified:	21 Apr 2026 10:52
URI:	http://repo.dma.dp.ua/id/eprint/9859

Actions (login required)

View Item