Electrochemical deposition of niobium oxides from acidic solution on glassy carbon

Abstract

Electrochemical synthesis of niobium oxides from four different strongly acidic solutions onto vitreous carbon electrodes was studied. Linear sweep voltammetry and potential step techniques were used for electrochemical experiments and scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy for analysis of the working electrode surface and deposits formed. Change of the working electrode potential to negative values, negative to 0.5 V vs. SCE, leads to simultaneous reduction of niobium, hydrogen, nitrate and sulphated ions, which induces alkaline media in the immediate vicinity of the electrode surface and formation of several niobium oxides and oxyhidoxides. Despite reduction of niobium ions there are no firm evidence of the permanent metal niobium clusters. Change of the electrode potential into positive direction, positive to – 1.000 vs. SCE, leads to simultaneous oxidation of niobium ions from lower oxidation state and additional formation of niobium oxides. Morphology and crystallographic forms of the deposits obtained by SEM and EDS analysis confirmed above assumptions.

Elektrohemijskim putem sintetizovani su oksidi niobijuma iz četiri različita veoma kisela rastvora na elektrodi od staklastog ugljenika. U elektrohemijskim eksperimentima upotrebljavane su metode linearne cikličke voltametrije i potenciostatskog pulsa, a metode skenirajuće elektronske mikroskopije i energetsko disperzivne spektroskopije poslužile su za analizu elektrodne površine i taloga formiranog na njoj. Pri promeni radnog potencijala u negativnu stranu (a negativnije od 500 mV vs. ZKE) dolazi do simultanog odvijanja procesa redukcije niobijumovih, vodonikovih, hidroksidnih, nitratnih i sulfatnih jona, što u formiranoj baznoj sredini u neposrednoj blizini radne elektrode dovodi do nastanka nekoliko niobijumovih oksida i oksihidroksida na njenoj površini. Mada dolazi do redukcije niobijumovih jona nema čvrstih dokaza da se njihova redukcija odvija do formiranja održivih nakupina metalnog niobijuma. Pri promeni radnog potencijala u pozitivnom smeru (pri potencijalima pozitivnijim od – 1.000 vs. ZKE) dolazi do zajedničkog odvijanja oksidacije niobijumovih jona nižeg oksidacionog stanja i dodatno se formiraju niobijumovi oksidi. Morfologija dobijenih taloga i uočene kristalografske forme analizirane SEM i EDS tehnikama potvrđuju gore navedene pretpostavke.