Электроповерхностные характеристики оксидов кремния и титана и титан-кислородных слоев на поверхности SiO2

• Автор: Богданова, Надежда Федоровна
• Шифр специальности: 02.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 220 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение .

I. Обзор литературы

1.1. Образование ДЭС на границе раздела оксид раствор электролита

теоретические представления и модели

1.2. Структурные и электроповерхностные характеристики оксидов

кремния и гитана.

1.3. Синтез элементкислородных нанослоев на поверхности кремнеземной матрицы методом молекулярного наслаивания

II. Объекты исследования и методики эксперимента

II. 1. Объекты исследования.

II.2. Методики эксперимента

ИГ. Экспериментальные результаты и их обсуждение . . . .
Ш.1. Электроповерхностные характеристики оксида кремния в растворах
различных электролитов.
Ш.2. Электроповерхностные свойства оксида титана
Щ.З. Электроповерхностные характерист ики титанкислородных
наноструктур
Ш.4. Расчет параметров двойного электрического слоя исследованных
оксидов кремния и титана . .
1. Оценки положения ТНЗ
2. Влияние адсорбционных потенциалов ионов индифферентного электролита на характеристики поверхности оксида титана .
3. Расчет параметров ДЭС оксидов из адсорбционных и электрокинетических измерений
Выводы.
Литература


Н и ОН,
0 и 0 степень заполнения поверхности поверхностными комплексами. ОН2 У . УЗОН2С1 . Из уравнений 1. ЗОН
2еГ
1. ККнеГЧкГ
После логарифмирования получаем
рН 1вКк. Это уравнение является вариантом уравнения Нернста, учитывающим реакции, происходящие в поверхностном слое оксида. Используя для ДЭС в растворе модель ГуиШтернаГрема и варьируя значения констант и емкостей ДЭС, были рассчитаны теоретические кривые зависимости заряда и потенциала от и концентрации раствора электролита, которые близки к экспериментальным. В работах Девиса, Джеймса и Леки представлена модель ДЭС и метод расчета, который является дальнейшим развитием модели ионных пар, предложенной Левиным и сотрудниками . Термину ионные пары авторы предпочитают термин поверхностные комплексы. По авторы работы считают более удобной для дальнейших расчетов запись
Ыа. БОН Ыа8 . БОН IV С Н2. Поверхностный заряд представляет собой общее число протонов, освобожденных или поглощенных в результате всех поверхностных реакций а0 2 2. I . Теперь рассмотрим упрощенный случай на поверхности происходят лишь кислотноосновные реакции. Тогда для отрицательно заряженной поверхности оксида может быть приближенно представлено как ОоВ, как а0В 2 пренебрегаем, так как поверхность отрицательна. В этом случае мы можем определить долю заряженных участков как . Сто. К x ,0 x 1. У 1. I
, . Построив зависимость р от и экстраполируя р на нулевое значение можно получить рК. Однако, не учитывая поверхностное комплексообразованис при повышенной концентрации ЫаС1, можно получить значительную ошибку. В 1. Учитывая, что . В ,xv, 1. К i x 1. Подсчет коэффициентов кислотности рОа I и
экстраполяция их на незаряженную поверхность дает константы кислотности, являющиеся функцией концентрации электролита. Это означает, что механизм заряжения оксидов включает в себя больше, нежели простые амфотерные реакции, т. Из результатов потенциометрического титрования рассчитывают 1 для различных концентраций электролита, строится графическая зависимость 1 от сцлс. Vс. Полученная константа отвечает истинной константе диссоциации при низких концентрациях электролита. Теперь предположим, что поверхностное комплексообразование является единственно ответственным за экспериментально наблюдаемый поверхностный заряд. Тогда для отрицательно заряженной поверхности аВ . Ыа и для положительно заряженной поверхности су0В Н2. СГ. СГ. V
1. Т Заметим, что при т0 0 и Ч Ур р К, . Р сг кТ
Далее строится зависимость , от . К. Первое экстраполирование проводят при с , 0, а второе при с 1 М. Таким образом, описанный метод позволяет рассчитать поверхностный заряд, потенциал диффузного слоя, распределение ионов в ДЭС с использованием результатов потенциометрического титрования в растворах простых электролитов разной кон цен фации. Анализируя пригодность модели для описания границы раздела оксид раствор электролита, авторы пришли к выводу, что данная модель удовлетворительно описывает
экспериментальные данные, если задать определенные значения емкости ДЭС и адсорбционных потенциалов ионов, которые выступают в роли подгоночных параметров. Дальнейшее развитие представлений о процессе заряжения границы раздела оксид раствор электролита происходит, в основном, посредсгвом сопоставления ряда экспериментальных данных с теоретическими зависимостями, причем последние рассчитываются с помощью подгоночных параметров, таких как константы поверхностных реакций, адсорбционные потенциалы ионов, емкости ДЭС, некоторые термодинамические величины. Так, Джонсон , описывая заряжение амфотерной поверхности рядом уравнений, которые учитывают адсорбцию ионов на заряженных 1. МН2 ЬМН Н 1. МН2АпМН2 Ап 1. К мна 1. МНАп к МН Ап 1. Апнч мн2Апа 1. С, для рутила на фоне 2 и 3 М КЫОз, практически совпадающие с экспериментальными данными Хийли и Вийзи. Также хорошо согласуются между собой значения констант поверхностных реакций, используемые автором в качестве подгоночных параметров и найденные из адсорбционных данных Джеймса и электрокинетических данных Ятса табл.