Abstract
本論文的研究動機是基於導氧離子之固態電解質有助於非均相催化反應之研究,同時具有廣泛之技術應用層面. 氧在傳統催化反應中所扮演的角色以及氧在固體中的電催化還原反應和輸送現象是本論文研究的主要內容.在理論方面結合統計熱力學和電化學的觀念,已經成功的將傳統的固態電解質測位法推廣到不僅可以偵測吸附氧濃度, 同時還可以用於鑑定吸附氧物種的形式. 藉由這個理論的發展, 成功的解釋了一氧化碳催化氧化反應之起燃現象, 同時我們提出競爭性電子回饋模式使得我們對起燃機構有更微觀的認識.另外運用氧庫倫滴定技術控制氧化銅之氧/銅比. 此技術使得可以定量的探討氧化銅的氧化狀態對催化活性的影響. 許多研究證實零價銅對甲醇分解的活性幾乎等於零, 然而當表面吸附少量的氧則甲醇分解的活性將戲劇性的提昇. 但是至今的研究報告一直無法定量的研究銅的氧化狀態如何影響其催化活性. 本論文研究藉著固態電化學系統突破實驗上的瓶頸, 證實O/Cu比為 0.8的氧化銅具有最佳的甲醇分解和脫氫活性. 同時根據半導體理論, 建立了電動勢和氧化銅的半導體特性之間的關係.除了氧在傳統催化反應的行為外, 本論文 使用電化學的定電位技術探討氧在電場的影響下的電荷轉移和輸送現象. 結合電極動力學的理論和電磁學的觀念, 推導出氧在導氧材料中的電催化還原程序之數學模式. 根據此數學模式成功的分析了應用於高溫固態燃料電池之電極觸媒的功能和特性. 證實導電性和導氧性是電催化氧還原觸媒的重要特性. 實驗結果顯示經上述特性修正之氧化銅材料其活性優於釔鋇銅氧超導材料.本論文的研究顯示具有導氧離子功能之固態電化學系統確實有助於我們對非均相催化反應動力學之研究.