Ruthenium(IV)-oxid ist eine chemische Verbindung des Rutheniums aus der Gruppe der Oxide. Neben der wasserfreien Form sind auch Hydrate bekannt.
Gewinnung und Darstellung Ruthenium(IV)-oxid kann durch Hydrolyse von Rutheniumhalogeniden (z. B. Ruthenium(III)-chlorid) gewonnen werden.Harald Schäfer, Gerd Schneidereit, Wilfried Gerhardt: Zur Chemie der Platinmetalle. RuO2 Chemischer Transport, Eigenschaften, thermischer Zerfall. In: Z.an.allg. Chem. Band 319, 1963, S. 327–336, .
Einkristalle des Oxides lassen sich durch eine CVT-Methode (Chemical Vapor Transport) herstellen. Hierfür wird zunächst Ruthenium-Schwamm im Sauerstoffstrom bei 1000 °C zum polykristallinen Oxid umgesetzt. Dieses Oxid wird dann in einem 3-Zonen-Ofen im Sauerstoffstrom bei 1190 °C in ein flüchtiges Oxid überführt, welches sich dann in einer kälteren Region des Rohres bei 1090 °C wieder zu Sauerstoff und Ruthenium(IV)-oxid zersetzt, wobei 3 bis 4 mm große Einkristalle der Zielverbindung entstehen.
2RuO2 + O2 <=> 2RuO_{3(g)}
RuO2 + O2 <=> RuO_{4(g)}
Ruthenium(IV)-hydrid-Hydrat wird durch Reaktion von Ruthenium(III)-chlorid mit verdünnter Natronlauge gewonnen, wobei es bei der Erhöhung des pH-Wertes auf 6 beginnt auszufallen.Ling Zang, Horst Kisch: Katalytische Luftoxidation von Kohlenmonoxid bei Raumtemperatur durch Rutheniumdioxid-Hydrat. In: Angewandte Chemie. Band 112, Nr. 21, 2000, S. 4075–4076, .
Eigenschaften Wasserfreies Ruthenium(IV)-oxid ist blauschwarz und geruchlos. Es besitzt eine tetragonale Rutil-Kristallstruktur mit der und den Gitterparametern a = 4,49 Å und c = 3,11 Å sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle. Diese geht bei 5,3 GPa in eine Hochdruckmodifikation in einer Calciumchlorid-Struktur über.J. Haines, J. M. Léger, O. Schulte, S. Hull: Neutron Diffraction Study of the Ambient-Pressure, Rutile-Type and the High-Pressure, CaCl2-Type Phases of Ruthenium Dioxide. In: Acta Crystallographica Section B. Band 53, Nr. 6, 1997, S. 880–884, . Ruthenium(IV)-oxid ist ein guter elektrischer Leiter (spezifischer Widerstand 4 · 10−5 Ωcm bei Raumtemperatur) und zählt zu den besten Leitern unter allen Oxiden.J. M. Honig: Some Aspects of Electrical Properties of Metal Oxides. In: Martin S. Seltzer, Robert I. Jaffee: Defects and Transport in Oxides. Springer, 1974, ISBN 978-1-4615-8723-1, S. 316.
An Ruthenium(IV)-oxid-hydraten RuO2 · x H2O sind zwei Formen mit x = 0,29 und x = 2,32 bekannt. Sie haben Rutil-ähnliche Strukturen mit RuO6-Oktaedern, die in Ketten angeordnet sind. Diese sind untereinander nicht verknüpft. Im Gegensatz zum wasserfreien Oxid weisen die Hydrate eine gemischte Elektronen-Protonen-Leitfähigkeit auf.David A. McKeown, Patrick L. Hagans, Linda P. L. Carette, Andrea E. Russell, Karen E. Swider, Debra R. Rolison: Structure of Hydrous Ruthenium Oxides: Implications for Charge Storage. In: J. Phys. Chem. B. Band 103, Nr. 23, 1999, S. 4825–4832, .
Verwendung Ruthenium(IV)-oxid wird für die Beschichtung von Titan-Anoden, wie sie beispielsweise für die Chloralkali-Elektrolyse benötigt werden, und in der Elektronikindustrie verwendet.O. De Nora: Anwendung maßbeständiger aktivierter Titan-Anoden bei der Chloralkali-Elektrolyse. In: Chem. Eng. Techn. Band 42, 1970, S. 222–226, .G. S. Iles, M. E. A. Casale: Ruthenium Oxide Glaze Resistors: New Screen Printing Preparations for Thick Film Circuitry. In: Platinum Met. Rev. 11, 1967, S. 126–129 (online). Außerdem wird Rutheniumoxid in Widerstandsthermometern für extrem tiefe Temperaturen verwendet.
Weitere Anwendung findet es im Bereich der Mikroelektronik als Wirksubstanz in Widerstandspasten für die Dickschichttechnik.
Ruthenium(IV)-oxid-Hydrat ist in der Lage, als heterogener Katalysator Kohlenstoffmonoxid bei Raumtemperatur zu oxidieren. Es wird zudem als Material für pseudokapazitive Energiespeicher als Superkondensator erforscht. Es besitzt eine sehr hohe theoretische Kapazität von 1400–2000 F · g−1, die Anwendung ist aber vor allem durch den hohen Preis eingeschränkt.Jesse S. Ko, Yayuan Liu, Lingyu Zhang, Courtney McHale, Spencer A. Langevin, Jeffrey W. Long, Debra R. Rolison: Revisiting the Pseudocapacitance of Hydrous Ruthenium Oxide Using 3D Bode Analysis. In: ACS Electrochem. Band 1, Nr. 12, 2025, S. 2841–2849, .Dipanwita Majumdar, Thandavarayan Maiyalagan, Zhongqing Jiang: Recent Progress in Ruthenium Oxide-Based Composites for Supercapacitor Applications. In: ChemElectroChem. Band 6, Nr. 17, 2019, S. 4343–4372, .
Einzelnachweise
Kategorie:Rutheniumverbindung Kategorie:Oxid