Nghiên cứu tính chất điện hoá của điện cực ruo2 tio2 TI trong dung dịch kiềm và một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền hoà tan anot của chúng trong môi trường nacl

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỒC GIA HA NỘI TRƯƠNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tự NHIÊN — — HÀ THI PHƯƠNG NGHIÊN cứu TÍNH CHÂT ĐIỆN HỐ CỦA ĐIỆN cực Ru02-Ti02/Ti TRONG DUNG DỊCH KIỂM VÀ MỘT s ố YẾU Tố ẲNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỂN HOÀ TAN ANOT CỦA CHÚNG TRONG MƠI TRƯỜNG NaCl • * Chuyên ngành : Hoá Lý M ã số 01.04.04 LUẬN m VĂN THẠC m SY KHOA HỌC » HOÁ HỌC T ^ygư i hướng dẫn khoa học : PGS.TS TRỊNH XUÂN SÉN HÀ NÔI-2000 M Ờ a V cẤ M Ơ H ù n c h â n th n h cẩ m C + 5C1 + H20 Để tìm hiểu ảnh hưởng ion CIO3 đến độ bền điện cực R u 2- T i0 2/Ti, tiến hành phân cực chúng dung dịch N a 317g/l (với có mặt ion ƠO3' M ) Các kết thu biểu diễn hình 13,14 bảng 12, 13 36 ỉ I < .10 Hình 14 Đường cong phân cực điên cực sô dung dịch NaCl 317g/l với có mật ion CIO/ Ký hiệu dd NaCl dd A ddA + ddA + [CIO ] M [C103 ] 103 M 317g/l (dd A) 38 Bảng ĩ Ảnh hưởng nồng độ ion CIO3 dung dịch NaCl 317 g/1 đến độ bền điện cực ' Dung dịch WV) ‘max* 0'2(mA/cm2) ♦p(V) dd NaCl 317g/l (ddA) -0.40 2.1 +0.94 ddA +CIO *10 3M -0.41 6.3 + 0.86 ddA +C10;*10?M \ -0.42 21.2 +0.84 Bảng 13 Ảnh hưởng nồng độ ion C103' dung dịch NaCl 317 g/1 đến độ bền điộn cực số Dung dịch ♦od(V) Ìmax*lO‘2(mA/cm2) ộp(V) dd N a 317g/l (ddA) -0.38 5.8 + 0.88 ddA +C10'*10'3M -0.46 11.2 4-0.72 ddA +C10 3-*10-3M -0.45 34.5 + Qua kiộn cho thấy: dung dịch NaCl 317 g/1 + CIO3' 10"3 M nhìn chung khoảng thụ động thay đổi Tuy nhiên giá trị mật độ dòng cực đại lại tăng đột ngột, thời miền thụ động xuất thêm pic khác Như vậy, có mặt ion C103' nồng độ M dung dịch NaCl 317 g/1 có ảnh hưởng lớn đến độ bền điện cực R u 2-T i0 2/Ti 39 3.4.5 Ảnh hưởng ion Ca2+ Mg2* Để tìm hiểu vể ảnh hưởng ion lí*2+ ion Mgr+ ừong dung dịch NaCl dùng để điều chế xut-clo đến độ màng R u 2-T i02/Ti, ừong phần này, chúng tồi tiến hành đo đưòng phân cực cùa điện cực lưới dung dịch ( NaCl 317 g/1 + Mg2* ÌO^M ) dung dịch ( NaCl 317g/l + Ca2+ lơ^M) Từ kiện thu hình 15 bảng 14 cho thấy: dung dịch NaCl có mặt ion Ca2+ (hoặc có mặt Mg2+) khoảng thụ động đéu bị co hẹp lại, thời mật độ dòng ăn mòn đểu táng so với dung dịch NaCl khơng có mặt ion Bảng 14, Ảnh hưởng nồng độ ion Ca2+(Mg2+) dung dịch N a 317 g/1 đến đường phân cực điên cực lưới Dung dịch WV) ‘max* 10'2(mA/cm2) ộp(V) ddN aC l 317g/l (ddA) -0.40 2.1 +0.94 ddA +Ca2+*10'4M -0.42 7.8 +0.93 ddA +Mg2+*10‘4M -0.44 9.6 +0.90 Bảng 15 Ảnh hường nồng độ ion Ca2+( Mg2+) ừong dung dịch NaG 317 g/1 đến đường phân cực điộn cực số Dung dịch h dd N aQ 317g/l (ddA) ddA +Ca2+*10-4M L ddA +Mg2+*10-1M ♦od(V) i ^ * 10‘2(mA/cm2) p(V) -0.42 1.0 +0.96 -0.38 2.62 +0.92 -0.40 2.98 ỉ i +0.91 Như vậy, có mặt cùa ion Ca:+ Mg2* làm giảm độ bén cùa màng Cũng qua kiện cho thấy ion Mg2* gây ảnh hưởng nhiểu so với ion Ca2+ 40 i < > 10 A D It o // f'j I 1.0- • i i\ Q o -I a —I—í—I—I—I—I—r ~I—r*T~T—I—r—1 Ỵ—r— *1 I I J I I I tf* •“T— j—I'-fT' TỴ”T■■T"1— 0.4 -u.a - 0.0 0.4 U.B 1.0 u < v > iO Hình 15 : Đường cong phân cực điện cực lưới dung dịch NaCl 317g/l với có mặt ion Ca2+ (hoăc Mg2+) Ký hiệu dd NaCl 317g/l (dd A) dd A ddA + ddA + [Ca 2* ]10 M [Mg 2+]10 ^ M o Hình 16 Đường cong phân cực điện cực số tiong dung dịch NaCl 317g/l với có mậl ion CV' (hoặc Mg2+) Ký hiệu Dd NaCl dd A ddA+ ddA+ [Ca "+] 10 ^ M [ Mg- +]1(T*M 317g/l (tld A) 42 KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm sở đo đường cong phân cực cho phép rút số kết luận sau: Bằng phương pháp phân huỷ nhiệt muối halogenua Ruteni Titan chế tạo điộn cực hỗn hợp oxit R u 2-T i02 nến kim loại Titan nhiệt độ khoảng 430 -r 450°c Các điện cực có khả trao đổi electron tốt hệ oxi hoá khử K3[Fe(CN)6] 0.1N + K 4Fe(CN)6] 0.1N + NaOH 0.1N Giá trị dòng trao đổi i0 hệ oxi hố -khử lớn thành phần R u màng lớn Màng R u tinh khiết có khả trao đổi electron hệ oxi hoá - khử lớn gấp nhiểu lần so với màng T i0 tinh khiết Màng R u 2-T i02 / Ti bến môi trường NaCl 6M bão hồ khí clo, nghĩa tốc độ ăn mòn vơ nhỏ, tính chất điên hố hộ redox nêu không thay đổi Khi tăng nồng độ ion H \ CIO , CIO dung dịch N a 317 g/l độ bền màng R u 2-T i02/ Ti bị giảm Trong dung dịch N a 317 g/1, có mặt ion Ca2+ ion Mg2* nồng độ nhỏ làm giảm độ cùa màng Màng R u 2-T i02/ Ti chế tạo Phòng điện hố-Bộ mơn hố lí có độ bền hồ tan anot dung dịch NaCl 317 g/1 tương tự màng nưóc ngồi chế tạo 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Acmetop (1976), Hố vơ cơ, Nhà xuất đại học - trung học chuyên nghiộp, 434-442 Nguyễn Thị cẩm Hà (1998), Nghiên cứu tính chất điện hố điện cực Niken mơi triỉờỉìg kiềm ứng dụng nó, Luận vàn thạc sỹ khoa học, Trường đại học KHTN-ĐHQG Hà Nội N.L.Glinka (1988), Hoá học đợi cương, Nhà xuất Mir- Matxcova, tr 342-396 Hồng Nhâm (1999), Hố chất tinh khiết, Nhà xuất Khoa học kĩ thuật, tr 440-480 Nguyễn Văn Tuế, Nguyẻn Trần Trung (1976), Giáo trình điện hố học, Nhà xuất Đại học Tổng hợp Hà Nội, tr 259-275 W.A.Schutze, Phan Lương Cầm (1995), Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nhà xuất Đại học Bách Khoa Hà Nội - Đại học kỹ thuật Helft Hà Lan , tr 64-103 Tiếng Anh Adaglisa R de Andrade, Paulo M Donate, Paula P.D.Alves and Canos H V Fidellis (1988), ’’Ethanol Electro - Oxidation in Ruthenium - Oxide Coated Titanium Electrodes”, The J Electrochemical Society, V ol.145, (No 11), pp 3839-3843 44 C.E.Vallet, B.V.Tilak, R.A.Zuhr, CP.Chen (1997), ’’Rutherford Backscattering Spectioscopic Study of the Failure Mchanism of (R u02+ T i0 2)/Ti Thin Film Eletrodes in H2S Solutions”, The J Electrochemical Society, Vol 144, (No 11), pp 1289-1295 10 E.R Scheffer (1983), Systametic analytical chemistry o f elememt, pp 10-40 1l.G.K Boschloo, A Goossens and J Schoonman (1997), ’’Photoeletrochemical Study of Thin Anatase T i0 Films Prepared by Metallorganic Chemical Vapor Deposition”, The J.Electrochemical Society, Vol 144, (No 11), pp 1311-1315 12 Jiri Kilma-Katerina Kratochvilova-Jiri Ludvik (1997), ”FTIR spectrophoto electrochemical cell with adjustable solution layer thichness Phtocurrent transients at phto excited TiOa polycrystalline electrodes”, J o f electroanlytical chemistry, (427), pp 55-61 13 Jose P.I.Souza, Francisco J.Botelho Rabelo, Francisco C.Nart (1997),’’Performance of a co-electrodeposited Pt-Ru electrode for the electro-oxidation of ethanol stuied by in situ FTIR spectroscopy”, J o f electroanlytical chemistry, (420), pp 17-20 14 J.L.Boudenne, O.Cerclier, P.Bianco (1998), ’’Voltametric Studies of the Behavier of Carbon Black during Phenol Oxidation on Ti/Pt Electrodes”, The J Electrochemical Society, Vol 145, (8), pp 27632767 15 J.M Miller and B.Dunn (1997), ’’Deposition of Ruthenium Nanoparticles on Carbon Aerogels for High Energy Density Supercapacitor Electrodes”, The J Electrochemical Society, Vol 144, (No 12), pp 209-211 45 16 J.P.Popie, M.L Avramov, N.B.Vicovie (1997), ’’Reduction of carbon dioxide on ruthenium oxide and modified ruthenium oxide electrodes in 0.5 M N aH C 03”, J o f electroanlytical chemistry, (421), pp 105-110 17 Selwoo et Lyon (1950), Discussions Faraday Society, pp 76-201 18 Yasuhisa Maeda, Kazuyuki Koshi, Tamihiko Kato (1997), ’’Evalutionof the quantum efficiency of the photoanodic reation on titanium dioxide in aqueous solutions containing hydroxy acid salt by a photothermal method”, o f electroanlytical chemistry, pp 213-216 Tiếng Pháp 19 Paul Pascal (1953), Nouveau traitê de chemie minérơle, Tom Il-Pari, pp 30-200 20 Rose (1962), Traité de chernie anal edition en Francois orig, Tom II-Pari, pp 320-325 ... tạo anot đùng trình điện phân xutclo 1.2 Giới thiệu Titan [1,3,«7,19 ] 1.2.1 Titan tính chất Titan Một số thơng số đặc trưng Titan trình bày bảng Bảng Một số thông số đặc trưng kim loại Titan... titan kim loại Loại anot phải nhập nước ngồi Nhằm tìm hiểu thêm vế loại vật liệu trên, luân văn để cập đến vấn đế: nghiên cứu tính chất điện hố điện cực R u02 -Ti0 2 /Ti dung dịch kiềm số yếu tố ảnh. .. -Nghiên cứu yếu tơ ảnh hưởng đến độ hồ tan anot cùa điện cực R u 2- T i / n môi trường NaCl 3 Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu Ruteni 1.1.1 Một số tính chất Ruteni [1, ,19 ] Ruteni nguyên tố