외성영역에서 ${\alpha}-Fe_2O_3$-CdO 계의 전도띠 모델

김규홍,윤석호,권영植,최재시,Keu Hong Kim,Seok Ho Yun,Young Sik Kwon,Jae Shi Choi 대한화학회 1987 대한화학회지 Vol.31 No.5

The electrical conductivities of ${\alpha}-Fe_2O_3$ containing 2.5 and 5.0mol% of cadmium were measured from 300 to $900^{\circ}C$ under oxygen pressures of 10$^{-7}$ to 10$^{-1}$ atmosphere. Plots of log ${\sigma}$ vs. 10$^3$/T show the extrinsic conductivity at oxygen pressure higher than $5{\times}10$^{-2}$atm. The transition points appear at about 550$^{\circ}$C and the activation energies are 1.34 eV for the intrinsic region and 0.50 eV for the extrinsic region on 5mol% Cd-doped ${\alpha}-Fe_2O_3$. The extrinsic conductivity disappears at oxygen partial pressures lower than $5{\times}10$^{-2}$ atm, and the intrinsic conductivity predominates. The electrical conductivities decrease with increasing mol% of cadmium doped. The predominant defect of ${\alpha}-Fe_2O_3$ doped with Cd is believed to be Fe${2+}$ interstitial for the intrinsic, however, oxygen vacancy predominates for the extrinsic region. The electrical conduction mechanisms are proposed and the conduction band model is suggested for the extrinsic region. 2.5 및 5.0mol% cd로 도프된 ${\alpha}-Fe_2O_3$의 전기전도도를 300 ~ 900$^{\circ}$C의 온도 및 10$^{-7}$ ~ 10$^{-1}$atm의 산소분압에서 각각 측정하였다. Log ${\sigma}$를 1/T에 대하여 도시한 결과, 산소분압이 $5{\times}10^{-2}$ atm보다 높은 영역에서 외성전도도가 나타났다. 5.0mol% Cd로 도프된 시료의 경우, 550$^{\circ}$C의 온도에서 전이점이 나타났으며 활성화에너지는 본성영역에서 1.34 eV, 외성영역에서 0.50 eV이다. 외성영역은 산소분압이 $5{\times}10$^{-2}$ atm 보다 낮은 경우, 본성영역으로 전환되었다. 따라서 산소분압이 $5{\times}10$^{-2}$ atm보다 낮은 경우 Cd-doped ${\alpha}-Fe_2O_3$의 전기전도도는 불순물 첨가효과에 관계없이 본성을 나타낸다. 본성에서의 결함구조는 Fe${2+}$ 틈새이며 외성영역에서는 산소공위이다. 전기전도도 메카니즘이 두 영역에서 각각 제시되었으며 외성영역에서 전도띠 모델이 제안되었다.

산화된 $SrTiO_3$ 및 니켈도프된 $SrTiO_3$ 단결정의 전기전도도

김규홍,최재시,Keu Hong Kim,Jae Shi Choi 대한화학회 1981 대한화학회지 Vol.25 No.4

순수한 $SrTiO_3$ 및 Ni 도프된 $SrTiO_3$ 단결정을 산화하여 700∼$1200^{\circ}C$ 및 $10^{-8}\;{\sim}\;10^{-1}$ atm의 온도 및 산소압력에서 산소압력의 함수로서 전기전도도를 측정하였다. 일정한 산소압력에서 전기전도도 값을 온도의 역수에 대하여 도시한 결과 직선관계를 나타내었으며 그 기울기로 부터 구한 활성화 에너지 값들은 순수한 $SrTiO_3$,에 대하여 1.34eV이며 Ni-doped $SrTiO_3$에 대하여 1.06eV이다. 일정한 온도에서 전기전도도 값을 산소분압에 대하여 도시한 결과 주어진 온도 범위에서 전기전도도의 산소압력 의존도가 -1/5.6${\sim}$-1.62로 나타났다. 실험치와 이론적으로 해석한 전기전도도의 산소 압력 의존성으로 부터 산소공위결합모델을 산화된 $SrTiO_3$와 Ni-doped $SrTiO_3$ 단결정에 이용할 수 있음을 알게 되었다. 주어진 온도 및 산소압력 범위에서 전기전도 메카니즘이 각각 제안되었다. The electrical conductivities of oxidized pure and Ni-doped $SrTiO_3$ single crystals were measured as a function of the oxygen partial pressure($Po_2$) at temperature from 700 to $1200^{\circ}C$ and $Po_2$ of $10^{-8}$ to $10^{-1}$ atm. Plots of log ${\sigma}$ vs. 1/T at constant $Po_2$ were found to be linear, and the activation energies obtained from the slopes of these plots have an average value of 1.34 eV for oxidized pure and 1.06 eV for oxidized Ni-doped $SrTiO_3$ single crystals at $Po_2$'s between $10^{-8}$ to $10^{-1}$ atm. The log ${\sigma}$ vs. log $Po_2$ curves at constant temperature were found to be linear with an average slope of ${\frac{-1}{5.6}}\;{\sim}\;{\frac{-1}{6.2}}$ in the $Po_2$ ranges. From the agreement between experimental and theoretically predicted values for the electrical conductivity dependences on $Po_2$, an oxygen vacancy defect model was found applicable to oxidized pure and Ni-doped $SrTiO_3$ single crystals over the temperature range, 700~$1200^{\circ}C$. Conduction mechanisms were proposed to explain the dependences of electrical conductivity on temperature and $Po_2$.

산화이트륨의 결함구조 및 전기전도 메카니즘

김규홍,박성호,최재시,Kim, Keu-Hong,Park, Sung-Ho,Choi, Jae-Shi 대한화학회 1984 대한화학회지 Vol.28 No.3

산화이트륨의 전기전도도를 $1 {\times}10^{-5}{\sim}2 {\times}10^{-1}$atm의 산소분압과 $650{\sim}1050^{\circ}$C 의 온도에서 산소분압 및 온도의 함수로 측정하였다. 일정한 산소분압에서 측정된 전기전도도 값을 온도의 역수에 대하여 도시한 결과, 온도 의존성이 적은 영역과 큰 영역이 나타났으며, 온도 의존성이 큰 영역은 두 개의 각기 다른 결함구조를 보여주었다. 전기전도도의 산소분압 의존성은 $850{\sim}950^{\circ}C$ 에서 ${{\sigma}{\propto}Po_2}^{1/6},\;950{\sim}1050^{\circ}C$ 에서 ${{\sigma}{\propto}Po_2}^{3/16}$이며 $650{\sim}800^{\circ}C$에서 ${{\sigma}{\propto}Po_2}^{1/7.5}{\sim}{{\sigma}{\propto}Po_2}^{1/8.3}$이다. ${{\sigma}{\propto}Po_2}^{1/6}$인 영역에서의 detect는 $O_i{''}$며 ${{\sigma}{\propto}Po_2}^{3/16}$인 영역에서의 detect는 $V_M{'''}$이다. 고온영역에서의 carrier type은 electron hole이며 저온영역에서는 이온성의 기여도가 있다. The electrical conductivity of p-type yttrium sesquioxide has been measured as a function of temperature and of oxygen partial pressure at temperatures from 650 to 1050$^{\circ}C$C and oxygen partial pressures from $1 {\times}10^{-5}\;to\;2{\times}10^{-1}$atm. Plots of log conductivity vs. 1/T at constant oxygen partial pressures are found to be linear with low-and high-temperature dependences of conductivity. The high-temperature dependence of conductivity shows two different defect structures. The plots of log conductivity vs. log $Po_2$ are found to be linear at $Po_2$'s of $10^{-5}\;to\;10^{-1}$ atm. The electrical conductivity dependences on $Po_2$ are found to be ${{\sigma}{\propto}Po_2}^{1/6}$at $850{\sim}950^{\circ}C,\;{{\sigma}{\propto}Po_2}^{3/16}$ at $950{\sim}1050^{\circ}C\;and\;{{\sigma}{\propto}Po_2}^{1/7.5}{\sim}{{\sigma}{\propto}Po_2}^{1/8.3}\;at\;650{\sim}800^{\circ}C$, respectively. The defect structures are$O_i{''}$ at $850{\sim}950^{\circ}C$ and $V_M{'''}$ at $950{\sim}1050^{\circ}C$. The electron hole is main carrier type, however, ionic contribution is found at lower temperature portion.

산화란타늄의 이온 및 전자전도도

김규홍,강창권,이종환,최재시,Keu Hong Kim,Chang Kwon Kang,Jong Hwan Lee,Jae Shi Choi 대한화학회 1987 대한화학회지 Vol.31 No.4

600~$1050^{\circ}C$와 $1{\times}10^{-6}\~\1{\times}10^2\;torr$에서 고순도의 $La_2O_3$의 전기전도도가 연구되었다. 결합구조 및 반도체형이 온도 및 산소분압의 함수로 연구되었으며 위의 온도 및 산소압력의 영역에서 $La_2O_3$의 전도도값은 $1{\times}10^{-9}\~\1{\times}10^{-3}\(ohm{-}cm)^{-1}$ 로 나타났다. 전기전도도의 산소압력의존성은 $700^{\circ}C$에서 5.7, $1,000^{\circ}C$에서 5.3이며 $700^{\circ}C$이하의 낮은 오도영역에서는 9~14의 값은 나타내었다. 온도 감소에 따른 n값의 증가는 ${\alpha}-La_2O_3$의 전기전도가 단순한 전도메카니즘을 나타내지 않는다는 사실을 보여준다. 낮은 산소압력에서 전기운반체는 금속공위가 아니라 산소이온이다. 또한 낮은 온도영역에서 전기전도는 이온성을 띄며 높은 온도영역에서는 전자전도성을 나타낸다. The electrical conductivity of highly pure polycrystalline sample of $La_2O_3$ has been measured at temperatures from $600^{\circ}C$ to $1,050^{\circ}C$ and oxygen pressure range of $1{\times}10^{-6}$ torr to $1{\times}10^2$ torr. The defect structure and semiconductor type are investigated by measuring the temperature and oxygen pressure dependences of electrical conductivity. Sintered $La_2O_3$ exhibits the electrical conductivities in the range of $1{\times}10^{-9}\;to\;1{\times}10^{-3}\;ohm^{-1}{\cdot}cm^{-1}$ under the above oxygen pressures. The oxygen pressure dependences on electrical conductivity are characterized by 5.3 at $1,000^{\circ}C$ and 5.7 at $700^{\circ}C$ and more higher values of 9∼14 below $700^{\circ}C$. The increase in n value with decreasing temperature indicates that a simple conduction mechanism does not exist in this material. The conduction carriers are not metal vacancy but oxygen ion at lower pressures. The conduction data indicate a significant ionic conduction at lower temperatures and electronic conduction at higher temperatures.

산화망간-이산화티탄계의 결함구조 및 전기전도메카니즘

김규홍,최재시,Keu Hong Kim,Jae Shi Choi 대한화학회 1982 대한화학회지 Vol.26 No.3

0.40, 0.80 및 1.60 mol %의 산화망간을 함유한 이산화티탄의 전기전도도를 $10^{-8}\;to\;10^{-1}$ atm의 산소분압하에서 100 ~ 400$^{\circ}$C 및 1100 ~ 1300$^{\circ}$C의 온도에서 측정하였다. 일정한 산소분압하에서 측정된 전기전도도 값을 온도의 역수에 대하여 도시한 결과 저온 및 고온 영역에서 직선관계를 나타내었으며 활성화에너지는 각각 0.18 및 3.70eV이다. 전기전도도의 산소분압 의존성은 저온영역에서 -1/6이며 고온 영역에서 -1/4이다. 저온 영역과 고온영역에서의 결함구조가 각각(Vo-2e') 및 $Ti^3$임을 밝혔으며 전기전도 메카니즘과 가능한 전도띠 모델이 제안되었다. The electrical conductivity of n-type polycrystalline MnOx-Ti$O_2$ system containing 0.40, 0.80, and 1.60 mol % of manganese oxide has been measured from 100 to 400$^{\circ}$C and 1100 to 1300$^{\circ}$C under oxygen partial pressures of$10^{-8}\;to\;10^{-1}$ atm. Plots of log conductivity vs. reciprocals of absolute temperature at constant $Po_2$'s are found to be linear with an inflection, and the activation energies obtained from the slopes appear to be an enough average 0.18eV for the extrinsic and 3.70eV for the intrinsic. The log $\sigma$ vs. log $Po_2$ are found to be linear at $Po_2$'s of $10^{-8}\;to\;10^{-1}$atm. The conductivity dependences on $Po_2$at the two temperature regions are closely approximated by $\sigma{\propto}$Po_2$-1}6$ for the extrinsic and $${\sigma}{\propto}Po_2^{-1}4}$$ for the intrinsic, respectively. The predominant defects are believed to be Vo-2e' and $Ti^3$${\cdot}$interstitial at the extrinsic and intrinsic. From the interpretations of conductivity dependences on temperature and$Po_2$ , the conduction mechanisms and possible band models are proposed.

본성 및 외성 영역에서 Ceria 의 결함구조 및 자유전자 전도도

김규홍,서현곤,권영식,최재시,Keu Hong Kim,Hyun Koen Suh,Young Sik Kwon,Jae Shi Choi 대한화학회 1987 대한화학회지 Vol.31 No.5

CeO$_2$의 전기전도도를 300 ~ 1000${\circ}$C의 온도범위와 10$^{-5}$~ 10$^{-1}$ atm의 산소압력하에서 측정하였다. 전기전도도의 온도의존성과 산소압력 의존성을 측정하여 본 시료의 결합구조와 전기전도 메카니즘을 연구하였으며, 본 실험결과는 300 ~ 600${\circ}$C, 600 ~ 1000${\circ}$C의 두 온도영역에서 나누어 설명하였다. 각 산소 압력하에서 log ${\sigma}$ vs. 1/T의 도시로부터 얻어진 활성화에너지는 높은 온도영역에서 2.16 eV이었다. 또한 전기전도도의 산소압력의존성은 높은 온도영역에서 ${\sigma}$ ${\alpha}$PO$_2^{-1/4}$, 낮은 온도영역에서 ${\sigma}$ ${\alpha}$PO$_2^{-1/6.2}$로 각각 나타났다. 이 시료에 있어서의 주 결함은 높은 온도영역에 대하여 Ce$^{3{\cdot}}$interstitial이며, 낮은 온도영역에서는 oxygen vacancy model로 사료된다. 전기전도도의 온도 및 산소압력의존성을 고찰하였고 전기전도 메카니즘을 제시하였다. The electrical conductivity of CeO$_2$ has been measured in the temperature range of 300 to 1000${\circ}$C under the oxygen pressures of 10$^{-5}$ to 10$^{-1}$ atm. Plots of log ${\sigma}$ vs. 1/T at constant PO$_2$ are found to be linear with an inflection, and the activation energy obtained from the slopes appears to be 2.16 eV for the intrinsic region. The conductivity dependences on PO$_2$ at the above temperature range are closely approximated by ${\sigma}$ ${\alpha}$PO$_2^{-1/4}$ for the intrinsic and ${\sigma}$ ${\alpha}$PO$_2^{-1/6.2}$ for the extrinsic, respectively. The dominant defects in this sample are believed to be Ce$^{3{\cdot}}$ interstitial for the intrinsic and the (Vo-2e') for the extrinsic range. The interpretations of conductivity dependences on temperature and $PO_2$ are presented, and conduction mechanisms are proposed to explain the data.

MgO 도프된 Rutile의 Polaron 전도도

김규홍,김형택,최재시,Kim, Keu-Hong,Kim, Hyung-Tack,Choi, Jae-Shi 대한화학회 1987 대한화학회지 Vol.31 No.3

0.35. 0.75 및 1.25mol% $MgO-TiO_2$계의 전기전도도가 $600{\sim}1100^{\circ}C$ 및 $10^{-8}{\sim}10^{-1}$ atm의 산소분압하에서 측정되었다. 일정한 산소분압하에서 $log{\sigma}$ vs. 1/T은 두 온도구간에서 직선관계를 보였으며 직선의 기울기로 부터 계산된 활성화에너지는 본성 영역과 외성 영역에서 각각 1.94eV 및 0.48eV이다. $log\;{\sigma}$ vs log $Po_2$는 본성 영역에서 ${\sigma}\;{\alpha}\;$Po_2^{-1/6}$이며 외성 영역에서 ${\sigma}\;{\alpha}\;$Po_2^{-1/4}$이다. 이 계의 결함구조는 외성 영역에서 $V\"{o}$이며 본성 영역에서 $Ti^3$.로 제안되었다. 특히 외성 영역에서 polaron model이 ${\sigma}$의 T 및 p 의존성으로 부터 규명되었다. The electrical conductuctivity measurements have been made on polycrystalline samples of various compositions in the $MgO-TiO_2$ system from 600 to $1100^{\circ}C$ under $Po_2$'s of $10^{-8}\;to\;10^{-1}$atm. Plots of log ${\sigma}$ vs. 1/T at constant $Po_2$ are found to be linear with the inflections, and the activation energies are 1.94eV for the intrinsic range and 0.48eV for the extrinsic range, respectively. The log ${\sigma}$ vs. log $Po_2$ curves are found to be linear at constant temperature, and the conductivity dependences of $Po_2$ are closely approximated by ${\sigma}\;{\alpha}\;Po_2^{-1/6}$ for the extrinsic and ${\sigma}\;{\alpha}\;Po_2^{-1/4}$ for the intrinsic range, respectively. The dominant defects in this system are believed to be oxygen vacancy for the extrinsic and $Ti^{3-}$ interstitial for the intrinsic range. The conduction mechanisms in both the extrinsic and the intrinsic ranges are proposed by the results of the electrical conductivity dependence on the oxygen partial pressure. Polaron model was suggested in the extrinsic region by the conductivity dependences of temperature and $Po_2$.

산화란탄-산화카드뮴계의 혼합 결함구조 및 Hole 전도도

김규홍,김돈,최재시,Kim, Keu-Hong,Kim, Don,Choi, Jae-Shi 대한화학회 1987 대한화학회지 Vol.31 No.3

0.8mol%의 CdO가 도프된 $CdO-La_2O_3$계의 전기전도도를 <$500{\sim}900^{\circ}C$및 $10^{-7}{\sim}10^{-1}atm$의 산소분압하에서 측정하였다. 일정한 산소분압하에서 log ${\sigma}$ vs. 1/T도시는 직선관계를 보여주었고 직선의 기울기에서 구한 활성화에너지는 0.97eV이다. $500{\sim}900^{\circ}C$영역에서 log ${\sigma}$vs. log $PO_2$의 도시결과는 직선 관계를 나타내었으며 전기전도도의 산소분압 의존성은 ${\sigma}\;{\alpha}\;PO_2^{1/4}$이다. $CdO-La_2O_3$계의 결함구조는 ${V_{La}}^{'''}$ 와V\"{o}$의 혼합형으로 사료되며, 전기전도도의 온도의존성과 산소분압의존성으로부터 혼합형의 결함구조 반응식을 유도하였으며, $CdO-La_2O_3$계의 전기전도 메카니즘을 결함구조반응식으로부터 규명하였다. Electrical conductivity of $CdO-La_2O_3$ system containing 0.8mol% of CdO was measured from 500 to $900^{\circ}C$ at oxygen partial pressures of $10^{-7}\;to\;10^{-1}$ atm. Plots of log ${\sigma}$ vs. 1/T at constant $PO_2$ are found to be linear and the activation energy appears to be 0.97eV. The log ${\sigma}$vs. log $PO_2$ is found to be linear at oxygen pressures of $10^{-7}\;to\;10^{-1}$ atm and $500{\sim}900^{\circ}C$. The conductivity dependence on $PO_2$ at the above temperature range is given by ${\sigma}\;{\alpha}\;PO_2^{1/4}$. The defect structure in this system is believed to be complex, i.e., ${V_{La}}^{'''}$ and $V\"{o}$. The interpretations of conductivity dependences on temperature and $PO_2$ are presented and conduction mechanism is proposed to explain the data.

$ZnCe_{1+y}O_2$상에서 일산화탄소의 산화반응 메카니즘

김규홍,최재시,Kim Keu Hong,Jae Shi Choi 대한화학회 1984 대한화학회지 Vol.28 No.2

$ZnCe_{1+y}O_2$상에서 CO산화반응 속도가 $300{\sim}500^{\circ}C$영역에서 측정되었다. 산화반응 속도는 CO에 1차 O2에 0.5차를 나타내는 속도식에 따랐으며 격자점의 산소와 Zn 도프에 기인되어 생성된 Vo-2e' 결함이 CO 및 O2의 활성화 sites로 작용되었다. 전기전도도 데이타와 rate law로 부터 산화반응 메카니즘이 규명되었으며 율속과정이 제안되었다 The catalytic oxidation of CO has been investigated on $ZnCe_{1+y}O_2$ at temperatures from 300 to $500^{\circ}C$ under various P_{CO} and PO_2 conditions. The oxidation rates have been correlated with 1.5-order kinetics: first order with respect to CO and 0.5 order with respect to O2. CO appears to be absorbed essentially on the O lattice of $ZnCe_{1+y}O_2$ as a molecular species, while $O_2$ adsorbs on an O vacancy as an ionic species. The conductivity data show that CO adsorption contributes electron to the conduction band and the adsorption process of $O_2$ withdraws it from an O vacancy. The oxidation mechanism and the defect model of $ZnCe_{1+y}O_2$ are inferred at given temperature and $PO_2'$s from the agreement between the conductivities and kinetic data. It is suggested that CO absorption is the rate-controlling.

NiO 촉매에 의한 CO 산화반응에 관한 연구

최재시,김규홍,Jae Shi Choi,Keu Hong Kim 대한화학회 1969 대한화학회지 Vol.13 No.4

The catalytic reaction between carbon monoxide and oxygen was investigated with the various nickel oxide catalysts at different partial pressures of carbon monoxide and oxygen and at reaction temperatures in the region of 120$^{circ}$to 250$^{circ}C$. The reaction has the highest rate with the nickel oxide catalyst which is sintered at low temperature. A reaction mechanism to explain the data is derived. From the Arrhenius equation, the activation energies in the region of experimental temperatures are found to be from 5.49 to 9.15 kcal/mole. The concentration of excess oxygen in the nickel oxide seems to vary according to the sintering temperatures and periods and is the controlling factor in determining the type of kinetics followed by the catalytic reaction.