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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.59.2002.tde-28102002-194235
Document
Author
Full name
Josimar Ribeiro
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2002
Supervisor
Committee
Andrade, Adalgisa Rodrigues de (President)
Tremiliosi Filho, Germano
Valim, Joao Barros
Title in Portuguese
Estudo da substituição de TiO2 por Ta2O5 em eletrodos binários de óxido de rutênio: preparação, caracterização eletroquímica e investigação estrutural e morfológica.
Keywords in Portuguese
morfologia
óxidos de rutênio e tântalo
teste acelerado de vida
Abstract in Portuguese
Neste trabalho estudou-se a influência da substituição de TiO2 por Ta2O5 nas propriedades estruturais e eletrocatalíticas do sistema RuO2/Ta2O5. Uma investigação sistemática das propriedades estruturais, morfológicas, eletroquímicas e eletrocatalíticas para a produção de O2 em meio ácido foi conduzida usando ânodos de composição nominal Ti/(x)RuO2(1 – x)Ta2O5 (x = 0,1; 0,3; 0,5; 0,8), preparados por decomposição térmica (450 e 500 oC por 1h sob fluxo de 5 L min-1 de O2) das misturas precursoras preparadas em isopropanol (Aldrich). Os sais de cloretos precursores foram (RuCl3.xH2O e TaCl5 – Aldrich). Análises da composição e da morfologia da camada de óxidos foram feitas antes e após os testes acelerados de vida (TAV), através das técnicas de EDX (Energia dispersiva de raios-X) e MEV (Microscopia eletrônica de varredura) respectivamente. A microscopia mostrou estrutura de “barro-rachado” para a maioria dos filmes. As análises de EDX evidenciaram uma redução do conteúdo do Ru após o TAV. Os dados sobre a estrutura foram obtidos por DRX (Difração de raios-X) e mostraram forma rutílica para o RuO2 e ortorrômbica para Ta2O5. Os voltamogramas cíclicos deste sistema em meio ácido (0,5 mol dm-3 de H2SO4) apresentaram as bandas características da dupla Ru(III) / Ru(IV). Em baixos sobrepotenciais, o coeficiente de Tafel, b, apresenta valores entre 40 mV e 60 mV. Os valores de resistência ôhmica (0,5 – 2,0 W) sugerem que a queda ôhmica do sistema pode ser atribuída principalmente à resistência da solução. A atividade eletrocatalítica apresentou uma forte dependência em relação ao conteúdo de RuO2 no filme, aumentando conforme o aumento da quantidade de RuO2 na composição. A estabilidade do sistema foi avaliada pelo TAV, utilizando eletrólise a corrente constante (750 mA cm-2 e T = 80 oC em solução de H2SO4 0,5 mol dm-3). As análises dos resultados mostraram uma relação entre o tempo de operação do eletrodo e a quantidade do componente ativo (RuO2). A substituição de titânio por tântalo (x = 0,5) apresentou uma melhora considerável (54%) no tempo de operação destes óxidos. Estes resultados apontam o sistema Ru/Ta como um recobrimento bastante promissor para operação em condições drásticas.
Title in English
Study of the substitution of TiO2 for Ta2O5 in binary oxide ruthenium electrodes: preparation, electrochemical characterization and structural and morphologic investigation.
Keywords in English
accelerated test life
morphology
ruthenium and tantalum oxide
Abstract in English
In this work it was investigated the structural and electrochemical properties of the RuO2/Ta2O5 system. A systematic investigation of structural, morphologic, electrochemical and eletrocatalytic properties for O2 evolution from acidic solutions was conducted using anodes of nominal composition Ti/(x)RuO2(1 + x) Ta2O5 (x = 0.1; 0.3; 0.5; 0.8), prepared from appropriate mol ratio by thermal decomposition (450 and 500 oC for 1 h under O2-flux of 5 L min-1) from alcoholic (isopropanol – Aldrich) solutions of the precursors mixtures (RuCl3.xH2O and TaCl5 - Aldrich). Analyses of the composition and the morphology of the oxide layer were investigated before and after accelerated life tests (ALT), through EDX techniques (Energy Dispersive X-rays) and SEM (Scanning Electron Microscopy) respectively. SEM results showed typical mud-flat-cracking morphology for the majority of the films. EDX analyses even after total deactivation evidenced the reduction of the content of Ru in the coating. Structure data have been obtained by XRD (X-rays diffraction) and which showed the rutile-type struture for RuO2 and orthorhombic one for Ta2O5. Cyclic voltammograms of this system where registered in acidic solutions (0.5 mol dm-3 of H2SO4). The observed peak has been attributed to the solid-state redox transition of Ru(III)/Ru(IV). At low overpotentials, Tafel slope, b, ranges from 40 - 60 mV. The RW-values found (0.5 – 2.0 W), are in agreement with other RuO2-based oxide electrodes. This is a good evidence that the ohmic drop of the system can be attributed mainly to solution resistance. The eletrocatalytic activity shows a strong dependence with the RuO2 content in the film. The stability of the electrodes are evaluated by the ALT, performed at 0.5 mol dm-3 in aqueous H2SO4 (750 mA cm-2 and T = 80 oC). The results shows a straight relation between the ALT-values and the amount of active component (RuO2) presented in the coating. Changing TiO2 by Ta2O5 (x = 0.5) showed a considerable improvement (54%) in the ALT-values of these oxides. These results it is a good indication that Ru/Ta system might be a promising coating to operate under drastic conditions.
 
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Publishing Date
2003-05-23
 
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