Hydrogen evolution reaction on martensitic stainless steel

The Institute of Physical Chemistry, Electrochemistry and Metallurgy of the Polytechnic High School of Milan. Research Center on Electrode Processes of the CNR, Piazza L. da Vinci, 32-20133 Milan, Italy.

Abstract

Following a preceding research on austenitic stainless steel, He hydrogen evolution reaction on martensitic stainless steel in sulphuric acid and in sodium hydroxide solutions was investigated.

In acid solutions the electrodes were corrodible and a linear Tafel behaviour was observed only at higher cathodic potentials. The values found for the Tafel slope (120 mV) and for the electrochemical reaction order with respect to the hydrogen ions (0.96), together with some considerations on the coverage of the electrode surface with atomic hydrogen, enabled us to conclude that, as for austenitic stainless steel, the process takes place according to the proton discharge-electrochemical desorption mechanism, the latter being the rate determining step.

In alkaline solutions the electrodes were initially covered with an easily reducible oxide film and, contrary to the austenitic stainless steel, it was thus possible to carry out the measurements on an oxide free surface. The values found for the same parameters taken into consideration for acid solutions were 85-90 mV and 0.50.

Based on these results the mechanism and the rate determining step were assumed to be the same as in acid solutions, whereas the surface coverage of the electrode with atomic hydrogen was assumed lower, i.e. intermediate.

Résumé

En suivant une recherche précédente sur l’acier inoxydable usténitique, on a étudié la réaction de dégagement de l’hydrogène sur l’acier inoxydable martensitique en solutions d’acide sulfurique et de soude caustique.

Dans les solutions acides, les électrodes étaient corrodables a observé un comportement linéaire de Tafel seulement aux potentielles plus cathodiques. Les valeurs obtenues pour tient la pente de Tafel (120 mV) et pour l’ordre de la réaction électrochimique par rapport aux ions d’hydrogène (0,96), ainsi que certaines considérations sur la valeur du degré de recouvrement de la surface de l’électrode par l’hydrogène atomique, ont permis de conclure que, comme pour l’acier inoxyadable austénique, la réaction procède selon le mécanisme décharge proton-désorption électrochimique, la deuxième réaction étant la plus lente.

Dans les solutions alcalines, les électrodes étaient au début recouvertes d'un film d’oxyde qui était facilement réductible et ne revanche que pour l’acier inoxydable austénitique, il était possible d’effectuer les mesures sur une surface non oxydée. Les valeurs des mêmes paramètres considérés pour les solutions acides étaient respectivement égales à 85-90 mV et à 0,50. Les résultats ont permis de conclure que le mécanisme et l'étape cinétiquement déterminante sont les mêmes qu'en solutions acides, mais que le degré de recouvrement de la surface l’électrode par l’hydrogène atomique est plus petit, ou bien intermédiaire.