The Capacity of Passivated Iron Electrodes and the Band Structure of the Passive Layer
Abstract
enThe capacity of passivated iron electrodes was measured by the potentiostatic pulse method in dependence on the oxide layer thickness d and the electrode potential ϵ at ρH = 8.4. At constant d, the C(ϵ) dependence shows three characteristic ranges. With increasing potential, C decreases in the first range by a factor 2, in the second range it becomes constant, and finally C increases at high potentials. The results are discussed with respect to the band structure model of the semiconducting passive layer. In the first range a Schottky-Mott type behaviour is found indicating donor concentrations N up to 1020 cm−3. The flat band potential ϵFB = 0.1 V is obtained. In the second range, C is proportional to 1/d. The capacity increase in the third range at high potentials is explained as a contribution from valence band charging at the oxide surface. The band gap Eg = 1.6 eV follows. The electronic properties of oxide covered metal electrodes are discussed in relation to bulk semiconductor electrodes.
Abstract
deDie Kapazität passivierter Eisenelektroden wurde mit Hilfe potentiostatischer Pulsmessungen in Abhängigkeit von der Oxidschichtdicke d und dem Elektrodenpotential ϵ bei pH = 8,4 bestimmt. Für konstantes d zeigt die C(ϵ)-Abhängigkeit drei charakteristische Bereiche. Mit steigendem Potential nimmt C im ersten Bereich um den Faktor 2 ab, wird im zweiten Bereich konstant und steigt bei hohen Potentialen wieder an. Die Ergebnisse werden auf der Grundlage der Bandstruktur der halbleitenden Passivschicht diskutiert. Für den ersten Bereich kann ein Schottky-Mott-Verhalten angenommen werden. Damit ergeben sich Ladungsträgerkonzentrationen bis 1020 cm−3, und das Flachbandpotential liegt in der Größenordnung von ϵFB = -0,1 V. Im zweiten Bereich ist C proportional zu 1/d. Der Kapazitäts-anstieg bei hohen Potentialen wird mit einer Beteiligung von Termen des Valenzbandes an der Oxidoberfläche erklärt. Daraus wurde der Bandabstand zu Eg = 1,6eV abgeschätzt. Die elektronischen Eigenschaften oxidbedeckter Metallelektroden werden in Beziehung zu reinen Halbleiterelektroden diskutiert.
