Εισαγωγή στην αγωγιμότητα και τον καταλυτικό μηχανισμό ανόδου τιτανίου

1. Αγώγιμος μηχανισμός ηλεκτροδίου μεταλλικού οξειδίου

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι η πιο βασική απόδοση που πρέπει να έχει ένα ηλεκτρόδιο. Σύμφωνα με την ατομική δομή που περιγράφει ο Goodenough, το Ti⁴⁺και Ο^2-Τα τροχιακά ηλεκτρονίων στιβάδας υβριδίζονται για να σχηματίσουν δεσμούς δ και δεσμούς π. Τα ηλεκτρόνια σθένους επαρκούν για να γεμίσουν τις ζώνες χαμηλής ενέργειας των δ και π, ενώ η ζώνη υψηλής ενέργειας παραμένει κενή. Σύμφωνα με τη θεωρία της δομής των υλικών, μια τέτοια μοριακή δομή δεν είναι εύκολο να μεταφέρει ηλεκτρισμό. Για να γίνει το Ti02 αγώγιμο. Είναι απαραίτητο να ενσωματωθούν στοιχεία με ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια σθένους στο Ti02, αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να καταλάβουν τη ζώνη αγωγιμότητας ή να γίνουν ο φορέας του λωτού.

Ru0₂είναι ένα οξείδιο μετάλλου μεταπτώσεως με δομή ρουτιλίου. Η εξωτερική διαμόρφωση ηλεκτρονίων του Ru είναι 4d⁷5s¹. Αφού δοθούν τέσσερα ηλεκτρόνια σε δύο άτομα οξυγόνου, τα άτομα οξυγόνου συμπληρώνουν τη 8-στοιβάδα ηλεκτρονίων και υπάρχουν 4 ελεύθερα ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στην κοινοτικοποίηση. Ντόπινγκ Ru σε TiO₂, το στερεό διάλυμα της επικάλυψης μπορεί να εκφραστεί ως: Ru_δTi_(n-δ)O_2ne_4δ (1.13)

Στον τύπο, το δ αντιπροσωπεύει τον αριθμό των ατόμων του Ti που έχουν υποκατασταθεί από το Ru και το n είναι ο αριθμός των ατόμων του Ti στο Ti0₂. Εκτός από το πλήρες συγκρότημα στο Ru0₂-Ti0₂στερεό διάλυμα, υπάρχει μια ενεργειακή ζώνη που περιέχει ηλεκτρόνια (π_4δ). Σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια στην πλήρη ζώνη, τα ηλεκτρόνια σε αυτήν την ενεργειακή ζώνη είναι λιγότερο δεσμευμένα και μπορούν να διεγερθούν στη ζώνη αγωγιμότητας μόνο με ενέργεια {{0}}.2ev, έτσι ώστε το απαγορευμένο πλάτος της ζώνης του Ti0₂είναι ισοδύναμο με αυτό του μονωτή. 3.05ev περιορίστηκε σε 0.2ev, φτάνοντας στη δομή της ενεργειακής ζώνης ενός ημιαγωγού. Επιπλέον, Ru0₂είναι ένα οξείδιο μετάλλου με έλλειψη οξυγόνου, το οποίο αυξάνει τον αριθμό των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Επιπλέον, στις διάφορες διεργασίες του συστήματος επικάλυψης οξειδίου, μέρος των ατόμων οξυγόνου αντικαθίσταται από άτομα χλωρίου, γεγονός που αυξάνει τον αριθμό των μη κοινών ηλεκτρονίων. Επομένως, TiO₂είναι ενσωματωμένο με Ru0₂ή Ru0₂είναι ενσωματωμένο με TiO₂, και αυτό το μείγμα κάνει το ηλεκτρόδιο αγώγιμο.

Ντόπινγκ 1% mol Ta και Nb σε TiO₂(και τα δύο είναι μόνο ένα ηλεκτρόνιο περισσότερα από το Ti), η αγωγιμότητα του οποίου αυξάνεται κατά 4160 φορές και 5500 φορές, αντίστοιχα. Στο Ru0₂-Ti0₂Ημιαγωγός τύπου n, το ρουθήνιο δότη έχει 4 ελεύθερα ηλεκτρόνια, που είναι περισσότερα από τον αριθμό των ελεύθερων ηλεκτρονίων που μπορούν να παρέχουν τα Ta και Nb, επομένως η αγωγιμότητα αυτού του στερεού διαλύματος είναι πολύ καλή.

2. Καταλυτικός μηχανισμός ηλεκτροδίου μεταλλικού οξειδίου

Ru0₂, Ir0₂, PbO, κ.λπ. που παρασκευάζονται με θερμική αποσύνθεση είναι ενώσεις μη στοιχειομετρικής δομής ελαττώματος. Λαμβάνοντας τη θερμική αποσύνθεση του RuCl₃σε 300 μοίρες -500 μοίρες για παράδειγμα, RuO_xCl_yH_zλαμβάνεται. Δεδομένου ότι δημιουργούνται ελαττώματα οξυγόνου στο κρυσταλλικό πλέγμα, ο Ru³⁺πρέπει να είναι παρόντες. Όταν εφαρμόζεται θετική τάση στο ηλεκτρόδιο, πρώτα Ru³⁺διεγείρεται να μεταφέρει ηλεκτρόνια στη μήτρα τιτανίου, δημιουργώντας Ru⁴⁺με ισχυρότερο κέντρο θετικού φορτίου. Η έκφραση μπορεί να γραφτεί ως εξής:

Ru³⁺→ Ru⁴⁺ + e^- (1.14)

Ru⁴⁺+ Cl^- → Ru₄+Κλ_{διαφημίσεις}+ e^- (1.15)

Αυτή τη στιγμή, ο Ru⁴⁺είναι το ενεργό κέντρο στην επιφάνεια του καταλύτη ημιαγωγών και είναι μια θετικά φορτισμένη οπή που μπορεί να δεχθεί ηλεκτρόνια. Υπό ηλεκτροστατική δράση, ο Ru⁴⁺θα προσελκύσει τον Cl^-στη διεπιφάνεια οξειδίου/διαλύματος, προκαλώντας Cl^-να εκφορτιστεί σε αυτό, και Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται στη μήτρα του τιτανίου μέσω του Ru⁴⁺, ο τύπος της αντίδρασης είναι:

Ru⁴⁺+ Cl^-→ Ru⁴⁺Cl_{διαφημίσεις}+ e^- (1.16)

Αυτή τη στιγμή, ο Ru⁴⁺Cl_{διαφημίσεις}συνδυάζεται με Cl^-στη διεπαφή για την παραγωγή Cl₂και Ru⁴⁺παίρνει ηλεκτρόνια και μετατρέπεται σε Ru³⁺. Ο τύπος της αντίδρασης είναι:

Ru⁴⁺Cl_{διαφημίσεις}+ Cl^- → Ru³⁺+C1₂ (1.17)

Λόγω Ru⁴⁺, Ru³⁺μετατρέπονται από 4δ⁴έως 4d⁵και ο σχηματισμός του C1₂μειώνει επίσης την ενέργεια του συστήματος, η αντίδραση είναι εύκολο να προχωρήσει, οπότε ο τύπος (1.14) είναι το βήμα ελέγχου του ρυθμού.

Σύμφωνα με τον καταλυτικό μηχανισμό του Ru02, οι ερευνητές πιστεύουν ότι το PdO που παράγεται από τη θερμική αποσύνθεση του PdCl₂είναι μια μη στοιχειομετρική ένωση με έλλειψη οξυγόνου και υπάρχει Pd⁺στο κρυσταλλικό πλέγμα και ο μηχανισμός εξέλιξης του χλωρίου σε αυτό είναι παρόμοιος με αυτόν του Ru³⁺, συνοψίζοντας έτσι το οξείδιο ευγενούς μετάλλου με βάση το τιτάνιο Ο καταλυτικός μηχανισμός του ηλεκτροδίου είναι:

Mn⁺ → M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + e^- (1.18)

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺+ Cl^- → M(n+1)+Clads + e^- (1.19)

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺Cl_{διαφημίσεις}+ Cl^- → Μν⁺+ Cl₂ (1.20)

Δημοφιλείς Ετικέτες: αγωγιμότητα ανόδου τιτανίου και εισαγωγή καταλυτικού μηχανισμού, Κίνα, κατασκευαστές, προμηθευτές, εργοστάσιο, προσαρμοσμένη, χονδρική, χαμηλή τιμή, σε απόθεμα