新型高性能PbO_2电极的制备及其电氧化性能的研究

【摘要】二氧化铅电极因其价格低廉、高析氧电位、化学稳定性好以及高催化活性而受到不断地关注。然而电极在使用的过程中,二氧化铅容易从基体表面脱落,造成电极的稳定性、使用寿命以及催化性能降低。为了进一步提高其性能,本文从修饰表面和改变结构两个方面对二氧化铅电极做了改性研究。具体内容如下：通过添加不同的中间层可以很好地防止氧化铅脱落。二氧化钛作为n型半导体材料,其物理和化学性质稳定,可以很好地存在于酸性溶液中。此外,人们通过添加二氧化钛薄膜可以很好地提高基体的防腐蚀性能,而且二氧化钛具有很好的催化性能。采用溶胶凝胶法和浸渍提拉技术制备Ce掺杂改性的TiO2纳米膜,并通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射谱(XRD),X射线光电子能谱(XPS),电化学阻抗谱(EIS)和塔菲尔曲线(Tafel)测试对其晶体结构、形貌、化学组成及防腐蚀性能进行测试分析。SEM和XRD表明改性后的Ti02纳米膜颗粒均匀细致,表面更加粗糙。根据XPS测试,确定了Ce、Ti、O元素的存在。EIS测试和Tafel曲线测试结果表明,改性后纳米膜Ti/Ce-TiO2电极的电化学反应电阻更大,腐蚀电位更低,表明改性后Ti02纳米膜作为非牺牲性阳极具有阴极保护作用和优异的防腐蚀性能。以具有防腐蚀性能的Ti02纳米膜作为中间层,在此基础上电沉积二氧化铅,制备出新型结构的Ti/TiO2/PbO2电极。通过掺杂稀土元素Ce提高其性能。SEM和XRD表明Ce的掺杂使Pb02镀层的颗粒粒径变小,表面更加粗糙且比表面积增大。XPS表明Ce、Pb、O的存在。循环伏安测试(CV)和EIS测试表明Ti/Ce-TiO2/Ce-PbO2电极具有最大峰电流、最高析氧电位以及最小的电荷转移电阻。通过电催化降解甲基橙实验,确定了最佳实验条件为：电流密度为50mA·cm-2,支持电解质Na2SO4的浓度为0.04mol·L-1。结果表明新型Pb02电极对甲基橙均有较好的降解效果,其中Ti/Ce-TiO2/Ce-PbO2电极降解效果最好,降解100min,COD去除率值达到92%。采用阳极氧化法和脉冲电沉积法制备出新型的Ti/TiO2NTs/PbO2电极。SEM分析结果表明Ti02纳米管阵列(TiO2NTs)高度有序,管与管彼此紧密相连,脉冲电沉积二氧化铅后Ti02纳米管表面变得粗糙,Pb02纳米颗粒成功地负载到Ti02纳米管的表面及内部；通过]XRD、XPS结果分析沉积物的晶相主要为β-PbO2;通过CV和EIS表明,Ti/TiO2NTs/PbO2电极表现出较大峰电流和较小的电荷转移电阻。电催化降解苯酚实验表明,Ti/TiO2NTs/PbO2复合电极对苯酚的降解效果明显优于Ti/TiO2NTs电极,电解180mmin,苯酚溶液的COD去除率可达到80%以上,降解苯酚的效率得到了有效提高。总之,新型结构的Ti/TiO2NTs/PbO2电极具有很好的电催化活性,将是一个很有前途的复合电催化材料。
【作者】洪萍；
【导师】王凤武；
【作者基本信息】安徽大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】二氧化铅电极；二氧化钛薄膜；稀土掺杂；TiO2纳米管阵列；电催化；

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