Farklı yöntemlerle rutenyum ve iridyum oksit esaslı titanyum elektrotların üretimi ve oksijen deşarj mekanizmasının incelenmesi
Production of ruthenium and iridium oxide based electroactive titanium electrodes via different methods and investigation of oxygen depolarization mechanism
Yazar: ÖZGENUR KAHVECİOĞLU
Danışman: PROF. DR. SERVET TİMUR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Termal bozunma = Thermal decomposition

Özet:
Bu tez çalışmasında elektrokimyasal sistemlerde kullanılmak üzere titanyum üzerinde soy metal oksit kaplı elektrotlar (RuO2, IrO2 ve (Ru,Ir)O2) ülkemizde ilk kez üretilmiştir. Elektrotlar üzerinde soy metaloksit tabakası oluşturmak için basit metal klorür tuzlarından (RuCl3.xH2O ve IrCl4.yH2O) iki farklı yöntem kullanılarak (termal dekompozisyon ve sol-jel) ısısal parçalanma + oksidasyon işlemi ile gerçekleştirilmiştir. Yüzeyde oluşturulan oksit tabakalarının, taban malzemesi ile tam uyumlu ve nano tane boyutunda büyümesi, deneysel koşulların optimizasyonu ile sağlanmıştır. Üretilen elektroaktif elektrotlar, endüstriyel koşulların benzetişimi ile karakterize edilmiş ve farklı deneysel parametrelerin (kaplama çözeltisi, kaplama sayısı, dekompozisyon sıcaklığı) oksit tabakasının morfolojisine ve elektrotların elektrokimyasal özelliklerine etkileri tespit edilmiştir. Oksit tabakası bileşimine ve dekompozisyon sıcaklığına bağlı olarak değişen elektroaktivite davranışları ve suyun anodik oksidasyon reaksiyon mekanizmasında neden oldukları değişimler belirlenerek, elektrotların farklı polarizasyon koşullarında sergiledikleri davranışlardan hareketle Tafel denkleminde geçerli büyüklükler tekrarlı deneylerle belirlenmiştir. Elektrokimyasal büyüklüklerden hareketle asidik çözeltilerde oksijen deşarjı için elektroaktif özellik gösteren ve göstermeyen oksit esaslı anotlar için geçerli olabilecek reaksiyon mekanizması önerilmiştir.

Abstract:
This PhD thesis is a pioneering study for the production of titanium electrodes coated with nano-scale precious metal oxide coatings [RuO2, IrO2 and (Ru,Ir)O2]. In the preparation of precious metal oxides coatings on electrodes from metal chloride salts (RuCl3.xH2O, IrCl4.yH2O), two different methods (thermal decomposition and sol-gel methods) are used. These methods involve the thermolysis and oxidation of metal chloride salts to form oxides of given metals. Compatibility and nano grain growth of oxide layers that are formed on the surface are provided with the optimization of the experimental conditions. These electrodes are characterized with the simulation of industrial conditions. The effects of different experimental parameters (precursor solution, number of coatings, decomposition temperature) on the morphology of oxide layers and electrochemical properties of electrodes are determined. Electroactive behaviour of electrodes and their influences on anodic oxidation reaction of water mechanism, depending on oxide layer composition and decomposition temperature, are examined. According to these examination results, Tafel parameters are determined by the iterative experiments at different polarization conditions. On the basis of electrochemical parameters, a new reaction mechanism is proposed for the electroactive and non-electroactive oxide based anodes used in acidic solutions for oxygen depolarization.