étude en - soachim

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J. SOACHiM(1996) 002, 49·62
CARACTÉRISATION ÉLECTROCHIMIQUE DE QUELQUES
MATÉRIAUX LAI\1ELLAIRES MX2
(M:: MO; W ET X:: SE):
ETUDE EN DISSOLUTION ANODIQUE ET DÉTERMINATION
DES CARACTÉRISTIQUES POTENTIOSTATEQUES
B. GUEL, O. ZAKI,1. B. LEGMA>I< et H. TRAORÉ
Laboratoirede Chimie Physique el d'électrochimie)
F'aculté des Sciences el Techn iques( FA. s. T.),
03 B .P. 7021 Ouagadougou 03, Burkina-Faso
(RCÇlJ le "27 décembre1995 - Rcvisé le 20 décembre 1996)
Summary : The charge transfert rcacuon al me interface scmi-conductorrelectrolyte. under
anodic polarization at a Jixed
and prolongcd poien tial has beee invesügated. Mo(Vl) has bccn
observee by pulse polarography in several solutions used for anodic dissolution of the maté -
rials. The curreot-voltagc charactéristlcs for the jon ctions MoSez/eJect:rolyte bave also bcen
dctcrrninated,
Key-words: Electrocbcmistry, Interface, Dlchalcogénidcsof transitionmëtats.Madic dissolu-
lion- Transi tion potential. saturatlon current, Characrenstics potcnüostarlques, Pul se
Polarographle.
INTRODUCTION
Le phénomène de la dissolution des matériaux co cours d'électrolyse est
un problème majeur à toutes les électrodes
<: t:: m i- ç o n d l ll : ~ l ri œs (clan s les çt"l.
Iules électrochimiques) el représente l'ob stacle principal de leur utilisation
dans les cellules photogalvaniques à finalité appliquée , Les matériaux lamel-
laires utilisés dans ce travail sont obtenus par Transport en Phase
Vapeur
dont la technique a été décrile par ailleurs [I]. Ces cristaux ont déjà fait l' ob-
jet de mesure de photocourant el de capacité à l'interface serni-conduc-
teur/électrolyte[2, 31.
Nous avons entrepris au cours de ce travail de préciser le bilan de la
réaction de transfert de charges à l'Interface semi-conducteur/électrolyte par
l'étude de la dissolution du matériau sous attaque anodique à potemiei fixe
et prolongé. La présence de Mo(Vl) dans les diverses solutions d'attaque
anodique est mise en évidence par un dosage polarographique en méthode
impulsionnclle utilisant la technique de la redissolution anodique sur élee-
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trode à goutte pendante de mercure. Les caractéristiques potenüostatiques
des diverses électrodes ont été également déterminées.
APPAREILLAGE ET MÉTHODES EXPÉRIMENTALES
1. ?ri ncipeet montage poten tiQstatiques
Le tracé des courbes de polarisation anodique ou cathodique est réalisé
avec un montage classique à 3 électrodes dans une cellule d'électrolyse [41.
L'illumination de la surface de l'échantillon il travers l'électrolyte se fait
grâce à un guide de lumière en fibre optique à travers une fenêtre en quartz.
Un potenriostat de forte puissance type «P.RT. 20.2X Tacussel» permet
d'imposer une d.d.p. entre l'échantillon (électrode de travail) et une électro-
de de référence au calomel saturé
(B.es.). On enregistre alors le courant qui
traverse 1a
œil ule d' électrolyse entre l'échantillon et une électrode auxi liai-
re inattaquable en disque de platine. Un générateur de signaux triangulaires
type G.ST. P3 Tacusse1permet
d'imposer de façon con tinue des surteosioos
de plus en plus importantes au système. Dans cette étude, la vitesse de défi-
lement des potentiels
est prise égale il 10 mVfseconde.
Le potentiostat est associé à uo enregistreur potentiométrique Tacussel
EPL 2B muni
d'un tiroir de mesures à amplification logarithmique type
Tilog 101 pour le tracé des courbes E = f(logi).
2. Electrode de Travail
Dans le montage ind iqué à
La figure l, le rnonocri stal est collé à l'aide de
la peinture
d'argent sur une rondelle de cuivre (ou de laiton) sur laquelle est
préalablement soudé, au milieu
d'une des faces, un fil de cuivre multibrins.
La rondelle est enfin
enrobée dans une résine Lam-Plan. à base de métha-
crylate de méthyle. On fixe ensuite à l'aide de la résine. un morceau de
canne de verre. Le tube de verre est ensuite raccordé à un supportco téflon
qui s'insère dans la cellule de mesure.
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Ec h en t t l l nn MX2
~~~!!!~~~~_ Colle conductrice
~ ê o e s e d'urgent
Rondelle de laiton
Résine LAM PLAN
ou SCOTCH CAST
Fi~ure 1 : Schéma de l'électrode de travail
3. Po)arographie impulsiQnnelle
En méthode impulsionnelle,
00 surimpose des impulsions à la tension
continue de balayage qui varie linéairement avec le temps. A chaque espèce
électroactive correspond un polarograrnme en forme de pic
dont la hauteur
est proportionnelle à la concentration de
l'espèce et à l'amplitude 6E de
l'impulsion appliquée. En effet., l'équation donnant l'intensité du cournot de
pic est de la
forme : i = K.LlE.C
C =concentration de l'espèce électroactive ;
K =constante liée à la surface de l'électrode. au coefficient de diffusion
et à la
durée de l'impulsion .
Le courant limite de diffusion (11) eSI donné par l'équation d'Heyrovsky-
Ilkovic f5] :
E =potentiel imposé li l 'électrod e ;
Eln = potentiel de demi-vague;
n = nombre d'électrons échangés à l'électrode.
Pour accroître la sensibilité de la polarographie irnpulsionneile. on utili-
se la technique de la redissolution
anodique (6). La concentration des
espèces en solution est alors déterminée par la m éthode de s ajouts do sés.
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L'unité de base utilisée pour les dosages polarographiques est un «PRGS
Tacussel- associé à ; uoenregistreurEPL 2B muni d' li n tiroi rTVIIGD; un
stand de mesure comprenant
une cellule d'électrolyse type CPR 3B. Une
cage de Faraday élimine l'influence des signaux extérieurs parasites.
On utilise un montage potentiostatique classique à 3 électrodes : une
électrode à goutte pendante de mercure
type ESK4 Tacussel ; une électrode
de référence type XR 310
(Ag/Agel) Tacussel remplie d'une solution de
KCI saturée; et enfin une contre-électrode en fil de platine.
L'oxygène dissous dans la solution étudiée est éliminé par un courant
d'azote (10 à 15 minutes) maintenu au-dessus de cette dernière pendant l'en-
registrement.
Tous les produits utilisés sont de qualité
RP . Prolabo.
RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX ET DISCUSSION
1. Caractéristi Ques pOlent ioslatiQues de MoSe2
1.1. Introduction
Le comportement du matériau dans divers électrolytes à l'obscurité et
sous illumination, avec ou sans couples oxydo-réducreurs, a été étudié.
Lesmonocristauxde MoSe2de type nconsidérés ont été répartis en série
selon l'agent de transport misen jeu (tableau W l),
Tableau
nO 1: Caractéristiques des échantillons étudiés
A gcol de transport Dopage Nombre
de la <éric uoli
.t pow la
d'électr\xle>
croissance
SeC14
Nb
SeC14
J TcCll J
4 'cCL<
TcC4
2
6
Br:> 2
7 J2 Nb
1> t2 2
9 12
2
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Les électrolytes utilisés ct les couples rédox associés sont:
KOH O,IM
H2S04 O,05M ; lINO) D,lM; H004 D,lM
Na2S04 a,5M
C Il) dans H 20
Fe(CN)6
r 1Fe(CN)6 4-
(dans KOH, H2S0 4, HN0
3)
1.2, Résultats expérimentaux
1.2.1. Etude de différentes séries à l' obscurilé et à l'éclairement
a) L'étude des différentes séries a montré que le comportement électre-
chimique des matériaux utilisés est le même pour un électrolyte donné. Les
courbes E =f(logi) Sont caractérisées par :
- un régime (1) où la densité de courant croît très rapidement de sorte que
la portion de courbe obtenue est quasi-verticale (figure 2) ;
Figure 2 : Polarisation ano-
dique de MoSe2 (série 2)
dans KOH o .: M
A. obscurité
B. illuminarion
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