چکیده:
الکترودهای فعال شده با مخلوط اکسیدهای فلزی، دارای کاربردهای فراوانی در واحدهای تولید کلر، اکسیژن و همچنین حفاظت کاتدی هستند. پایداری ابعادی، وزن کم به ازای واحد سطح و چگالی جریان آندی بالا از جمله مزایای این الکترودها است. در این الکترودها، تیتانیم به علت قیمت مناسب، پایداری مکانیکی و شیمیایی و همچنین فعالیت الکتروکاتالیست خوب به عنوان زیرلایه استفاده میشود. زیرلایه بدون پوشش به سرعت اکسید شده و نمیتواند نقش خود را ایفا کند. لذا استفاده از پوشش الکتروکاتالیست مخلوطی از اکسیدهای فلزی نجیب از جمله RuO2 و IrO2 بر روی این الکترودها ضروری است.
در این تحقیق هدف بررسی اثر پایدارکننده SnO2 بر روی خواص الکتروکاتالیستی پوشش اکسیدی نانوساختار TiO2-RuO2 است. به این منظور ابتدا جهت تعیین نسبت اختلاط مناسب پوششها، توسط روش سل- ژل پوششهای TiO2-RuO2 با نسبتهای مولی مختلف بر روی زیرلایه تیتانیم ایجاد و مورد بررسی قرار گرفتند. پس از دستیابی به نسبت اختلاط بهینه در پوششهای فوق، اثر پایدارکنندههای SnO2 بر روی خواص پوشش TiO2-RuO2 مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی مورفولوژی و توپوگرافی پوششها از میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM) و جهت بررسی ترکیب شیمیایی پوششها از آنالیز تفکیک انرژی (EDS) استفاده شد. همچنین به منظور بررسی رفتار خوردگی و خواص الکتروکاتالیستی پوششها، آزمونهای پلاریزاسیون، ولتامتری چرخهای و آزمون خوردگی تسریع شده (AST) در محلول NaCl انجام شد.
نتایج نشان داد که ریزساختار تمامی پوششها دارای ساختاری شبیه گل خشک ترکدار بوده که نسبت مولی اکسیدها در پوشش، بر روی مورفولوژی و همچنین ریزترکهای ایجاد شده موثر است. از نظر خواص خوردگی و رفتار الکتروکاتالیستی، نسبت اختلاط (مولی) بهینه پوششها، TiO2 (70%) -RuO2 (30%) به دست آمد. بررسیها نشان داد که افزودن پایدارکننده SnO2 در مقدار مشخصی به پوششها، منجر به بهبود پایداری و رفتار خوردگی پوششها شده است به طوری که نسبت اختلاط بهینه پوششها، TiO2 (70%) -RuO2 (20%) -SnO2 (10%)، تعیین شد. همچنین مشاهده شد که در محلول NaCl، پوشش TiO2 (70%) -RuO2 (20%) -SnO2 (10%) نسبت به بقیه پوششها دارای بالاترین پایداری و عمر (min 681) و کمترین پتانسیل تصاعد گاز کلر (V 50/0) و شیب تافل آندی (V/Decade 07/0) است. بنابراین خاصیت الکتروکاتالیستی این پوشش برای تصاعد گاز کلر در مقایسه با بقیه پوششها بالاتر است.
خلاصه ماشینی:
به این منظور ابتدا جهت تعیین نسبت اختلاط مناسب پوششها، توسط روش سل- ژل پوششهای TiO2-RuO2 با نسبتهای مولی مختلف بر روی زیرلایه تیتانیم ایجاد و مورد بررسی قرار گرفتند.
همچنین مشاهده شد که در محلول NaCl، پوشش TiO2(70%)-RuO2(20%)-SnO2(10%) نسبت به بقیه پوشش ها دارای بالاترین پایداری و عمر (min 681) و کمترین پتانسیل تصاعد گاز کلر (V 50/0) و شیب تافل آندی (V/Decade 07/0) است.
با مقایسه مورفولوژی پوششها در نسبتهای مولی مختلف و بررسی کسر سطحی و متوسط عرض ترکها (جدول 1) مشاهده میشود که در پوشش TiO2(70%)-RuO2(30%) (شکل (b))، توزیع ترکها یکنواختتر و متراکمتر بوده و بیشترین سطح فعال پوشش (% 54/10) و کمترین متوسط عرض ترک (nm 308) مربوط به این ترکیب پوشش است.
جدول 1- کسر سطحی و متوسط عرض ترک پوششهای شکل 1 (رجوع شود به تصوير صفحه) جدول 2- نتایج آنالیز EDS پوششهای شکل 1 (رجوع شود به تصوير صفحه) بررسیها نشان داده است که وجود RuO2 در لایه پوشش خواص مناسبی را برای آزاد شدن گاز کلر فراهم میکند و عمر و مقاومت به خوردگی زیرلایههای تیتانیمی با پوشش RuO2-TiO2 را افزایش میدهد [18 و 21].
(رجوع شود به تصوير صفحه) شکل 2- منحنیهای پلاریزاسیون آندی از سطح تیتانیم پوشش داده شده با TiO2-RuO2 با نسبتهای مولی مختلف در محلول M NaCl 5/0 جدول 3 - مشخصات منحنیهای پلاریزاسیون شکل 2 (رجوع شود به تصوير صفحه) جهت تعیین میزان پایداری الکترودها از منحنی پتانسیل بر حسب زمان (منحنی طول عمر) استفاده میشود، به این صورت که در یک محلول رقیق نمک طعام، چگالی جریان ثابتی اعمال میشود.