टाइटेनियम एनोड चालकता और उत्प्रेरक तंत्र परिचय

1. धातु ऑक्साइड इलेक्ट्रोड का प्रवाहकीय तंत्र

विद्युत चालकता सबसे बुनियादी प्रदर्शन है जो एक इलेक्ट्रोड में होना चाहिए। गुडइनफ द्वारा वर्णित परमाणु संरचना के अनुसार, Ti⁴⁺और ओ^2-परत इलेक्ट्रॉन ऑर्बिटल्स को δ बॉन्ड और π बॉन्ड बनाने के लिए हाइब्रिड किया जाता है। वैलेंस इलेक्ट्रॉन δ और π के कम ऊर्जा बैंड को भरने के लिए पर्याप्त हैं, जबकि उच्च ऊर्जा बैंड खाली रहता है। सामग्री संरचना के सिद्धांत के अनुसार, ऐसी आणविक संरचना बिजली का संचालन करना आसान नहीं है। Ti02 को सुचालक बनाने के लिए। Ti02 में एक या अधिक वैलेंस इलेक्ट्रॉनों वाले तत्वों को एम्बेड करना आवश्यक है, ये इलेक्ट्रॉन चालन बैंड पर कब्जा कर सकते हैं या कमल के वाहक बन सकते हैं।

रु0₂रूटाइल संरचना वाला एक संक्रमण धातु ऑक्साइड है। Ru का बाहरी इलेक्ट्रॉन विन्यास 4d है⁷5s¹दो ऑक्सीजन परमाणुओं को चार इलेक्ट्रॉन दिए जाने के बाद, ऑक्सीजन परमाणु 8-इलेक्ट्रॉन परत को पूरा करते हैं, और सांप्रदायिकरण में भाग लेने वाले 4 शेष मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। TiO में Ru का डोपिंग₂कोटिंग के ठोस विलयन को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है: Ru_δती_(n-δ)O_2ne_4δ (1.13)

सूत्र में, δ Ru द्वारा प्रतिस्थापित Ti के परमाणुओं की संख्या को दर्शाता है, और n Ti0 में Ti के परमाणुओं की संख्या है₂रु0 में पूर्ण बैंड के अलावा₂-ति0₂ठोस विलयन में इलेक्ट्रॉन युक्त ऊर्जा बैंड (e .) होता है_4δ)। पूर्ण बैंड में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में, इस ऊर्जा बैंड में इलेक्ट्रॉन कम बंधे होते हैं और केवल {{0}}.2ev ऊर्जा के साथ चालन बैंड में उत्तेजित हो सकते हैं, ताकि Ti0 की निषिद्ध बैंड चौड़ाई₂इन्सुलेटर के बराबर है। 3.05ev संकुचित होकर 0.2ev हो गया, जो अर्धचालक की ऊर्जा बैंड संरचना तक पहुँच गया। इसके अलावा, Ru0₂ऑक्सीजन की कमी वाला धातु ऑक्साइड है, जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ाता है। इसके अलावा, ऑक्साइड कोटिंग सिस्टम की विभिन्न प्रक्रियाओं में, ऑक्सीजन परमाणुओं के हिस्से को क्लोरीन परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जिससे असंबद्ध इलेक्ट्रॉनों की संख्या बढ़ जाती है। इसलिए, TiO₂Ru0 के साथ सन्निहित है₂या रु0₂TiO के साथ सन्निहित है₂, और यह मिश्रण इलेक्ट्रोड को सुचालक बनाता है।

1% मोल Ta और Nb को TiO में मिलाना₂(दोनों Ti से केवल एक इलेक्ट्रॉन अधिक हैं), जिसकी चालकता क्रमशः 4160 गुना और 5500 गुना बढ़ जाती है। Ru0 में₂-ति0₂एन-प्रकार अर्धचालक, दाता रूथेनियम में 4 मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो कि टीए और एनबी द्वारा प्रदान किए जा सकने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या से अधिक है, इसलिए इस ठोस समाधान की चालकता बहुत अच्छी है।

2. धातु ऑक्साइड इलेक्ट्रोड का उत्प्रेरक तंत्र

रु0₂, इर0₂थर्मल अपघटन द्वारा तैयार किए गए , PbO, आदि गैर-स्टोइकोमेट्रिक दोष संरचना यौगिक हैं। RuCl के थर्मल अपघटन को लेते हुए₃उदाहरण के लिए 300 डिग्री -500 डिग्री पर, RuO_xक्लोरीन_yH_zप्राप्त होता है। चूँकि क्रिस्टल जालक में ऑक्सीजन दोष उत्पन्न होते हैं, इसलिए Ru³⁺मौजूद होना चाहिए। जब ​​इलेक्ट्रोड पर सकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, तो सबसे पहले Ru³⁺टाइटेनियम मैट्रिक्स में इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए उत्तेजित किया जाता है, जिससे Ru उत्पन्न होता है⁴⁺एक मजबूत सकारात्मक चार्ज केंद्र के साथ। अभिव्यक्ति इस प्रकार लिखी जा सकती है:

आरयू³⁺→ आरयू⁴⁺ + e^- (1.14)

आरयू⁴⁺+ सीएल^- → आरयू₄+सीएल_{विज्ञापन}+ e^- (1.15)

इस समय, रु⁴⁺अर्धचालक उत्प्रेरक की सतह पर सक्रिय केंद्र है और एक सकारात्मक रूप से आवेशित छिद्र है जो इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार कर सकता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्रिया के तहत, रु⁴⁺Cl को आकर्षित करेगा^-ऑक्साइड/समाधान इंटरफ़ेस पर, Cl का कारण बनता है^-इस पर निर्वहन करने के लिए, और इलेक्ट्रॉनों को आरयू के माध्यम से टाइटेनियम मैट्रिक्स में ले जाया जाता है⁴⁺, प्रतिक्रिया सूत्र है:

आरयू⁴⁺+ सीएल^-→ आरयू⁴⁺क्लोरीन_{विज्ञापन}+ e^- (1.16)

इस समय, रु⁴⁺क्लोरीन_{विज्ञापन}Cl के साथ संयोजित होता है^-Cl का उत्पादन करने के लिए इंटरफ़ेस पर₂, और रु⁴⁺इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है और Ru में परिवर्तित हो जाता है³⁺प्रतिक्रिया सूत्र है:

आरयू⁴⁺क्लोरीन_{विज्ञापन}+ सीएल^- → आरयू³⁺+C1₂ (1.17)

रु के कारण⁴⁺, रु³⁺4d से परिवर्तित किया जाता है⁴से 4d⁵, और C1 का गठन₂प्रणाली की ऊर्जा भी कम हो जाती है, प्रतिक्रिया को आगे बढ़ाना आसान है, इसलिए सूत्र (1.14) दर नियंत्रण चरण है।

Ru02 के उत्प्रेरक तंत्र के अनुसार, शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि PdCl के तापीय अपघटन से उत्पन्न PdO₂एक गैर-स्टोइकोमेट्रिक ऑक्सीजन-अल्प यौगिक है, और इसमें Pd है⁺क्रिस्टल जालक में, और उस पर क्लोरीन विकास तंत्र Ru के समान है³⁺, इस प्रकार टाइटेनियम आधारित महान धातु ऑक्साइड का सारांश इलेक्ट्रोड का उत्प्रेरक तंत्र है:

एम.एन.⁺ → M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ + e^- (1.18)

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺+ सीएल^- → M(n+1)+क्लैड्स + ई^- (1.19)

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺क्लोरीन_{विज्ञापन}+ सीएल^- → एमएन⁺+ सीएल₂ (1.20)

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