Tesis presentado por los bachilleres




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ELECTRODOS DE SnO2 PROPIEDADES Y APLICACIONES



El dióxido de estaño cristaliza con una estructura tetragonal, tipo rutilo y su mineral se denomina casiterita. Este óxido es estable a elevadas temperaturas y resiste al ataque químico producido por los ácidos y bases comunes[30]. Es un semiconductor tipo n con una amplia separación entre la banda de conducción y la banda de valencia (3.5 – 4.0 eV). [4-10] La conductividad del SnO2 aumenta al junto con la temperatura [6]. Este es un comportamiento típico de los semiconductores.

La conductividad de este material también se puede aumentar grandemente mediante la introducción controlada de deficiencias de oxígeno en la estructura o mediante la introducción de un átomo dopante en la red cristalina. Algunos dopantes empleados son el arsénico, el cloro, el fósforo, pero sin duda los elementos más utilizados para aumentar la conductividad del dióxido de estaño a temperatura ambiente han sido el indio, el antimonio y el fluor [5] .

Estos óxidos presentan algunos aspectos como su buena conductividad (de tipo metálico) y su estructura cristalina, estructura tipo rutilo. Esta estructura cristalina es adoptada por muchos dióxidos de un buen número de metales del bloque p ( Sn ,Pb, Ge, Te, y Si) de la tabla periódica de los elementos químicos como metales de transición de las series 3d, 4d y 5d (Ti, Cr, Mn, Nb, Ru, Rh, Ta, Ir, Pt, etc.).

Los óxidos de estos metales pueden clasificarse como conductores metálicos, con excepción de los óxidos de Ge, Sn, Te, Si, Ti, V, Mn, Pb y Nb.[18] Sin embargo algunos de estos dióxidos metálicos presentan una conductividad suficiente por sí mismos para poder usados como electrodos (ejem. PbO2 y MnO2) o pueden doparse apropiadamente para que aumenten su conductividad.

La estructura cristalina típica del Rutilo, de simetría tetragonal se presenta en la figura 1.1.

Fig.1.1: Representación esquemática de la estructura tipo rutilo




Cada catión se encuentra situado en el centro de un octaedro formado por oxígenos. Los átomos de oxígeno se encuentran en el centro de un triangulo equilátero formado por los cationes metálicos. La distancia mas corta entre el metal y metal se da a lo largo del eje c de la celdilla unidad. La mejora de las capas de oxido mixto electrocatalítico es la similitud entre las estructuras cristalinas de diversos óxidos, que como lo indicamos es del tipo rutilo.

Esta similitud promueve que se formen disoluciones sólidas más estables tanto química como electroquímicamente, o aumenten grandemente la dispersión del metal noble[10, 18, 21,28,3] mejorando sus propiedades electrocatalíticas.

    1. EMPLEO DE ELECTRODOS soporte/SnO2 DIMENSIONALMENTE ESTABLES.



Los principales requisitos que tienen que cumplir un material electrolítico para poder ser usado en aplicaciones tecnológicas son: [28]


  1. Elevada área superficial.

  2. Alta conductividad eléctrica.

  3. Buenas propiedades electrocatalíticas.

  4. Estabilidad mecánica y electroquímica prolongada.

  5. Elevada selectividad.

  6. Disponibilidad y bajo coste.

  7. Inocuidad.


Aunque todas estas propiedades combinadas son necesarias en las aplicaciones tecnológicas de un electrodo, alguno de estos puntos requiere alguna atención especial, dependiendo de la aplicación del electrodo. Los puntos (2) y (4) son aquellos que tienen mas interés cuando se quiera trabajar con densidades de corrientes elevadas, sin embargo es el punto (3) el más estudiado desde un punto de vista fundamental.

Al introducir un dopante adecuado se observa como la transferencia de carga mejora notablemente, y en el caso del dopado con Sb (composición nominal 13% en átomos) el comportamiento obtenido es parecido al de un metal, y de hecho tiene una respuesta al par Fe+2 /Fe+3 mas reversible que la del electrodo de platino.
Esta transición en las propiedades eléctricas del SnO2 dopado ha sido comprobada por varios autores. [28, 24] A niveles de dopado suficientemente altos se puede obtener un semiconductor degenerado que presentan propiedades metálicas, como por ejemplo, una dependencia muy débil de su conductividad eléctrica con la temperatura.

Un punto débil de los electrodos de SnO2 para poder ser usado como electrodo DSA (Ánodo Dimensionalmente Estable) es su baja estabilidad en condiciones de polarización anódica. Un electrodo soporte/SnO2-Sb usado como ánodo en la reacción de producción de oxígeno sufre, a las pocas horas de funcionamiento, un brusco aumento de potencial, lo que es indicativo de que el electrodo presenta una elevada resistencia al paso de la corriente. En este momento se dice que el electrodo se encuentra “desactivado”.

En general para todos los electrodos DSA de oxigeno existen varios posibles mecanismos de desactivación: [3]


  • Pasivación del sustrato metálico.

  • Disolución del depósito.

  • Decapado del depósito.
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