مقدمة حول موصلية أنود التيتانيوم وآلية التحفيز

1. آلية التوصيل لقطب أكسيد المعدن

التوصيل الكهربائي هو الأداء الأساسي الذي يجب أن يتمتع به القطب الكهربائي. وفقًا للبنية الذرية التي وصفها جود إنوف، فإن التيتانيوم⁴⁺و أوه^2-يتم تهجين مدارات الإلكترون الطبقية لتكوين روابط δ وروابط π. تكون الإلكترونات التكافؤية كافية لملء نطاقات الطاقة المنخفضة لـ δ و π، بينما يظل نطاق الطاقة العالية فارغًا. وفقًا لنظرية بنية المادة، فإن مثل هذا الهيكل الجزيئي ليس من السهل توصيل الكهرباء. لجعل TiO2 موصلًا. من الضروري تضمين عناصر بها إلكترون تكافؤ واحد أو أكثر في TiO2، يمكن لهذه الإلكترونات أن تشغل نطاق التوصيل أو تصبح حاملة للوتس.

رو0₂هو أكسيد فلز انتقالي له بنية روتيل. التكوين الإلكتروني الخارجي للروتيل هو 4d⁷5s¹. بعد إعطاء أربعة إلكترونات لذرتي أكسجين، تكمل ذرات الأكسجين طبقة الإلكترون 8-، ويتبقى أربعة إلكترونات حرة تشارك في عملية التشارك. إضافة الروثينيوم إلى أكسيد التيتانيوم₂يمكن التعبير عن المحلول الصلب للطلاء على النحو التالي: Ru_δتي_(n-δ)O_2ne_4δ (1.13)

في الصيغة، يمثل δ عدد ذرات Ti التي تم استبدالها بـ Ru، وn هو عدد ذرات Ti في Ti0₂. بالإضافة إلى الفرقة الكاملة في Ru0₂-تي0₂المحلول الصلب، يوجد نطاق طاقة يحتوي على الإلكترون (e_4δ). بالمقارنة مع الإلكترونات الموجودة في النطاق الكامل، تكون الإلكترونات الموجودة في نطاق الطاقة هذا أقل ارتباطًا ويمكن إثارتها إلى نطاق التوصيل بطاقة {{0}}.2ev فقط، بحيث يكون عرض النطاق المحظور لـ Ti0₂يعادل ذلك الخاص بالعازل. 3.05ev تقلص إلى 0.2ev، ليصل إلى بنية نطاق الطاقة لأشباه الموصلات. بالإضافة إلى ذلك، Ru0₂هو أكسيد معدني يفتقر إلى الأكسجين، مما يزيد من عدد الإلكترونات الحرة. بالإضافة إلى ذلك، في العمليات المختلفة لنظام طلاء الأكسيد، يتم استبدال جزء من ذرات الأكسجين بذرات الكلور، مما يزيد من عدد الإلكترونات غير المشتركة. لذلك، TiO2₂مُضمن مع Ru0₂أو رو0₂مُضمن مع TiO₂وهذا الخليط يجعل القطب الكهربائي موصلا.

إضافة 1% مول من Ta و Nb إلى TiO₂(كلاهما أكثر بإلكترون واحد فقط من Ti)، حيث تزداد موصليته بمقدار 4160 مرة و5500 مرة على التوالي. في Ru0₂-تي0₂أشباه الموصلات من النوع n، يحتوي الروثينيوم المانح على 4 إلكترونات حرة، وهو أكثر من عدد الإلكترونات الحرة التي يمكن أن يوفرها Ta و Nb، وبالتالي فإن موصلية هذا المحلول الصلب جيدة جدًا.

2. آلية تحفيز قطب أكسيد المعدن

رو0₂، إير0₂، PbO، وما إلى ذلك، المحضرة بالتحلل الحراري هي مركبات بنية معيبة غير متكافئة القياس. أخذ التحلل الحراري لـ RuCl₃عند 300 درجة -500 درجة على سبيل المثال، RuO_xكل_yH_zيتم الحصول عليها. نظرًا لأن عيوب الأكسجين تتولد في الشبكة البلورية، فإن Ru³⁺يجب أن يكون موجودًا. عند تطبيق جهد موجب على القطب، يتم أولاً³⁺متحمس لنقل الإلكترونات إلى مصفوفة التيتانيوم، مما يؤدي إلى توليد Ru⁴⁺مع مركز شحنة موجبة أقوى. يمكن كتابة التعبير على النحو التالي:

رو³⁺→ رو⁴⁺ + e^- (1.14)

رو⁴⁺+ كل^- → رو₄+كلوريد_{إعلانات}+ e^- (1.15)

في هذا الوقت، رو⁴⁺هو المركز النشط على سطح محفز أشباه الموصلات وهو عبارة عن ثقب مشحون إيجابيا يمكنه قبول الإلكترونات. تحت تأثير الكهرباء الساكنة، يتحول الروثينيوم إلى⁴⁺سوف يجذب الكلور^-عند واجهة الأكسيد/المحلول، مما يسبب الكلوريد^-لتفريغها عليها، ويتم نقل الإلكترونات إلى مصفوفة التيتانيوم من خلال Ru⁴⁺صيغة التفاعل هي:

رو⁴⁺+ كل^-→ رو⁴⁺كل_{إعلانات}+ e^- (1.16)

في هذا الوقت، رو⁴⁺كل_{إعلانات}يتحد مع Cl^-على الواجهة لإنتاج Cl₂، و رو⁴⁺يحصل على الإلكترونات ويحولها إلى Ru³⁺. صيغة التفاعل هي:

رو⁴⁺كل_{إعلانات}+ كل^- → رو³⁺+C1₂ (1.17)

بسبب رو⁴⁺, رو³⁺يتم تحويلها من 4d⁴الى 4د⁵، وتكوين C1₂كما يقلل أيضًا من طاقة النظام، ويكون من السهل متابعة التفاعل، لذا فإن الصيغة (1.14) هي خطوة التحكم في المعدل.

وفقًا للآلية التحفيزية لـ Ru02، يعتقد الباحثون أن PdO الناتج عن التحلل الحراري لـ PdCl₂هو مركب غير متكافئ يفتقر إلى الأكسجين، ويوجد فيه البالاديوم⁺في الشبكة البلورية، وآلية تطور الكلور عليها تشبه آلية تطور الروثينيوم.³⁺وبالتالي يتم تلخيص أكسيد المعدن النبيل القائم على التيتانيوم. آلية تحفيز القطب هي:

من⁺ → M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + e^- (1.18)

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

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺كل_{إعلانات}+ كل^- → من⁺+ كل₂ (1.20)

الوسم : مقدمة عن موصلية الأنود التيتانيوم وآلية التحفيز، الصين، الشركات المصنعة، الموردين، المصنع، حسب الطلب، الجملة، السعر المنخفض، في المخزون