Conductibilitatea anodului de titan și mecanismul catalitic Introducere

1. Mecanismul conductiv al electrodului de oxid metalic

Conductivitatea electrică este cea mai de bază performanță pe care ar trebui să o aibă un electrod. Conform structurii atomice descrise de Goodenough, Ti⁴⁺și O^2-orbitalii de electroni de strat sunt hibridizați pentru a forma legături δ și legături π. Electronii de valență sunt suficienți pentru a umple benzile de energie scăzută ale δ și π, în timp ce banda de energie înaltă rămâne goală. Conform teoriei structurii materialelor, o astfel de structură moleculară nu este ușor de condus electricitatea. Pentru a face Ti02 conductiv. Este necesar să se încorporeze elemente cu unul sau mai mulți electroni de valență în Ti02, acești electroni pot ocupa banda de conducere sau pot deveni purtătorii lotusului.

Ru0₂este un oxid de metal de tranziție cu structură rutilă. Configurația electronică exterioară a lui Ru este 4d⁷5s¹. După ce patru electroni sunt dați la doi atomi de oxigen, atomii de oxigen completează stratul de electroni 8-și rămân 4 electroni liberi care participă la comunizare. Doping Ru în TiO₂, soluția solidă a acoperirii poate fi exprimată ca: Ru_δTi_(n-δ)O_2ne_4δ (1.13)

În formulă, δ reprezintă numărul de atomi de Ti substituiți cu Ru și n este numărul de atomi de Ti din Ti0₂. Pe lângă trupa completă din Ru0₂-Ti0₂soluție solidă, există o bandă de energie care conține electroni (de ex_4δ). În comparație cu electronii din banda completă, electronii din această bandă de energie sunt mai puțin legați și pot fi excitați la banda de conducere cu energie numai {{{0}}.2ev, astfel încât lățimea de bandă interzisă a lui Ti0₂este echivalent cu cel al izolatorului. 3.05ev s-a restrâns la 0.2ev, ajungând la structura benzii de energie a unui semiconductor. În plus, Ru0₂este un oxid de metal cu deficit de oxigen, care crește numărul de electroni liberi. În plus, în diferitele procese ale sistemului de acoperire cu oxid, o parte din atomii de oxigen sunt înlocuiți cu atomi de clor, ceea ce crește numărul de electroni neîmpărțiți. Prin urmare, TiO₂este încorporat cu Ru0₂sau Ru0₂este încorporat cu TiO₂, iar acest amestec face electrodul conductiv.

Dopând 1% mol de Ta și Nb în TiO₂(ambele sunt doar cu un electron mai mult decât Ti), a cărui conductivitate este crescută de 4160 ori, respectiv de 5500 de ori. In Ru0₂-Ti0₂semiconductor de tip n, ruteniul donor are 4 electroni liberi, ceea ce este mai mult decât numărul de electroni liberi pe care Ta și Nb îi pot furniza, deci conductivitatea acestei soluții solide este foarte bună.

2. Mecanismul catalitic al electrodului de oxid metalic

Ru0₂, Ir0₂, PbO etc preparați prin descompunere termică sunt compuși nestoichiometrici cu structură de defecte. Luând descompunerea termică a RuCl₃la 300 de grade -500 de grade, de exemplu, RuO_xCl_yH_zeste obținut. Deoarece defectele de oxigen sunt generate în rețeaua cristalină, Ru³⁺ar trebui să fie prezent. Când electrodului i se aplică o tensiune pozitivă, mai întâi Ru³⁺este excitat să transfere electroni în matricea de titan, generând Ru⁴⁺cu un centru de sarcină pozitivă mai puternic. Expresia poate fi scrisă astfel:

Ru³⁺→ Ru⁴⁺ + e^- (1.14)

Ru⁴⁺+ Cl^- → Ru₄+Cl_reclame+ e^- (1.15)

În acest moment, Ru⁴⁺este centrul activ de pe suprafața catalizatorului semiconductor și este o gaură încărcată pozitiv care poate accepta electroni. Sub acțiune electrostatică, Ru⁴⁺va atrage Cl^-la interfața oxid/soluție, provocând Cl^-pentru a se descărca pe ea, iar electronii sunt transportați către matricea de titan prin Ru⁴⁺, formula reacției este:

Ru⁴⁺+ Cl^-→ Ru⁴⁺Cl_reclame+ e^- (1.16)

În acest moment, Ru⁴⁺Cl_reclamese combină cu Cl^-pe interfață pentru a produce Cl₂, și Ru⁴⁺primește electroni și se transformă în Ru³⁺. Formula reacției este:

Ru⁴⁺Cl_reclame+ Cl^- → Ru³⁺+C1₂ (1.17)

Datorită lui Ru⁴⁺, Ru³⁺sunt convertite din 4d⁴la 4d⁵, și formarea lui C1₂de asemenea, reduce energia sistemului, reacția este ușor de continuat, deci formula (1.14) este etapa de control al vitezei.

Conform mecanismului catalitic al Ru02, cercetătorii cred că PdO produs prin descompunerea termică a PdCl₂este un compus nestoichiometric cu deficit de oxigen și există Pd⁺în rețeaua cristalină, iar mecanismul de evoluție a clorului de pe acesta este similar cu cel al Ru³⁺, rezumând astfel oxidul de metal nobil pe bază de titan. Mecanismul catalitic al electrodului este:

Mn⁺ → M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + e^- (1.18)

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

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺Cl_reclame+ Cl^- → Mn⁺+ Cl₂ (1.20)

Tag-uri populare: Conductivitate anodului de titan și introducere mecanism catalitic, China, producători, furnizori, fabrică, personalizat, en-gros, preț scăzut, în stoc