PbO2电极在电催化氧化领域中的应用

电催化氧化技术在废水处理方面拥有反应条件温和、自动化控制、稳定性好、降解迅速、无二次污染等优势,因而成为最有前景的废水处理技术之一。PbO₂电极因其制备简易、析氧电位高、导电性好、耐腐蚀强等特点在电催化领域备受青睐。PbO₂电极在制备过程中往往通过掺杂元素等手段来提高电极的电催化活性,以此来达到更高效的降解污染物。总结了近年来PbO₂电极的制备,重点讨论元素掺杂研究进展,整理不同元素对PbO₂电极的电催化性能改变,并且提出PbO₂电极在未来研究过程中的挑战及机遇。     

Ag掺杂Ti/PbO2电极的制备及其在苯酚降解中的应用

使用化学还原和电沉积的方法制备了单质银（Ag）掺杂的Ti/PbO₂电极（Ti/Ag-PbO₂）。在保持镀银液浓度一定的条件下,通过改变镀银的时长制备出三种银含量的钛基体二氧化铅电极（Ti/Ag1-PbO₂、Ti/Ag2-PbO₂、Ti/Ag3-PbO₂）。利用X射线光电子能谱（XPS）和X射线荧光光谱分析（XRF）确定了PbO₂电极中Ag的价态和掺杂量。扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）结果表明,Ag掺杂未明显改变电极的表面形态和晶型。根据涂层附着力测试试验发现,掺银PbO₂电极与基底之间有更好的结合力,电极使用寿命提高了约2.5倍。电化学交流阻抗谱（EIS）和循环伏安法（CV）测试结果表明,Ag的掺杂大幅降低了PbO₂电极的电荷转移电阻,提高了电极的电催化活性。利用掺银量2.7%（质量分数）的Ti/PbO₂电极降解100mg/L的苯酚水溶液,相较常规Ti/PbO₂电极,完全降解时间缩短了33.3%,降解能耗下降了34%。     

聚苯胺中间层改性Ti/PbO2电极的制备及其降解性能

引入导电聚合物聚苯胺膜（PANI，polyaniline）对Ti/PbO₂电极进行改性，采用两步电沉积法成功制备出Ti/PANI/PbO₂电极。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、线性伏安扫描(LSV)和交流阻抗(EIS)对制备的电极进行表征，以甲基橙为目标污染物，探讨了PANI的沉积时间对电极性能的影响，并研究了Ti/PANI/PbO₂电极对罗丹明B和4-硝基苯酚的降解性能。结果表明，PANI的引入未影响活性层PbO₂的晶相结构和形貌特征，但显著提高了电极的析氧电位，Ti/PANI/PbO₂的析氧电位可达3.43V。当PANI聚合时间为30min时，电极Ti/PANI-30/PbO₂的电化学性能和电催化降解效果最佳。在电流密度为30mA/cm²、污染物初始浓度为50mg/L、Na₂SO₄浓度为0.1mol/L的实验条件下，反应120min后，Ti/PANI-30/PbO₂对甲基橙、罗丹明B和4-硝基苯酚的去除率分别为99.8%、99.9%和94.0%。     

改性钛基二氧化铅电极催化氧化降解水中四环素

使用NiO做中间层,并掺杂稀土元素(La)对Ti/PbO₂电极进行改性,制备了Ti/NiO/PbO₂-La电极。采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪和X光电子能谱对电极表面进行表征,结果表明Ti/NiO/PbO₂-La电极表层形貌致密、规整,具有较大的活性比表面积,因此具有较Ti/PbO₂电极更多的活性位点,且La以La₂O₃的状态被掺杂在PbO₂中。通过循环伏安法(CV)、线性伏安法(LSV)和交流阻抗(EIS)一系列电化学分析,证实以NiO修饰钛基、活性层掺杂La均可以改善电极的电化学性能,且二者具有协同作用。将Ti/NiO/PbO₂-La电极用于对四环素(TC)的电催化氧化,初步分析了溶液pH、电流密度和TC初始浓度对电催化氧化反应的影响,结果表明,Ti/NiO/PbO₂-La电极对TC的电催化降解过程符合准一级动力学模型,当溶液pH为4.5,电流密度为20 mA/cm²     

脉冲电沉积PbO2涂层在PEMFC不锈钢双极板上的应用

不锈钢表面电沉积PbO₂涂层在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极板上具有应用可行性,但是传统直流工艺制备的PbO₂涂层存在致密性不佳、耐腐蚀性差的问题。本文研究了在316不锈钢上电沉积PbO₂涂层的脉冲控制工艺,考察了电流密度、频率和占空比等参数对生长速率和微观形貌的影响,进一步在燃料电池环境下对涂层的性能进行系统地测试,着重探究了PbO₂涂层在高电位下的电化学性能。微观形貌和XRD结果表明,脉冲电沉积PbO₂涂层比直流工艺的涂层晶粒更细小、组织更致密。动电位极化结果显示,脉冲工艺涂层的自腐蚀电位比直流工艺略有提升,腐蚀电流密度降低了一个数量级;在高电位的极化测试中,相比于直流工艺,脉冲电沉积涂层的电流密度显著减小,镀层的稳定性明显提升,在高电位下的破坏程度较小,能够更好地保护基体。正常工作电位下的极化测试表明,PbO₂在阳极环境下还原较严重,但在阴极环境下只有轻微的还原现象发生。总之,相比直流电沉积PbO₂涂层,脉冲电沉积涂层的微...     

改性PbO_2电极的制备参数优化及对苯酚去除性能的研究

采用电沉积的方法制备改性的钛基PbO2电极。通过在降解苯酚过程中改变制备电极的涂刷次数、电沉积温度、制备电极电流密度、电沉积液的性质和表面掺杂其他金属影响因素,来优化制备改性钛基PbO2电极的工艺参数。实验结果表明:底层涂刷2次,电沉积液温度85℃,制备中间层电流密度为8mA/cm2,电沉积2h,制备表层电流密度为6mA/cm2,电沉积2h,电沉积液中加入0.5g/L的NaF,电极表面层掺杂5mmol铋对Ti/β-PbO2电极降解苯酚电催化性能有明显改善,掺杂1.5mmol的钴电极降解苯酚较好,而铁掺杂的Ti/β-PbO2电极没能取得良好的电极稳定性。铋掺杂的Ti/β-PbO2电极对苯酚的去除率达到98.8%。     

β-PbO_2阳极的制备及其析氧性能的研究

为了提升镍阳极析氧活性,降低氧析出过电位,通过电镀技术在室温条件下制备了不同电流密度的二氧化铅镀层阳极。采用扫描电镜和X射线衍射对镀层的表面形貌和晶体结构进行了表征。运用循环伏安(CV)和线性扫描(LSV)技术分析比较了不同电流密度条件下的二氧化铅镀层的化学性质。并测试了所制阳极的镀锌槽电压的大小。研究表明,电流密度为20m A/cm2时,镀PbO_2层效果最好,β-PbO_2电极可促进阳极析氧反应的动力学过程,降低镍基阳极的析氧电位,β-PbO_2电极可通过降低析氧电位来降低电沉积金属锌的槽电压。     

中间层为聚吡咯的复合电极深度处理焦化废水

电催化技术深度处理焦化废水仍受极板导电性和催化活性制约而无法广泛应用。本文在以掺杂锑的二氧化锡的钛网（Ti/SnO₂-Sb）为底层、以掺杂铈的二氧化铅（PbO₂-Ce）为顶层的二维结构之间插入良好导电性的非离子型高聚化合物聚吡咯（PPy）,形成具有三维结构的Ti/SnO₂-Sb/PPy/PbO₂-Ce电极能够增加电流效率,提高催化活性。分别通过X射线衍射图谱、高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱和热重分析来表征电极的结构、元素的化学状态和热稳定性,通过线性扫描伏安法和循环伏安法测试电极的电化学表面行为。分析表明,铈的掺杂使极板羟基自由基（·OH）产生量有较大增幅;PPy中间层的插入增强了电极热稳定性,使电流效率提升至7.55%。电化学分析表明Ti/SnO₂-Sb/PPy/PbO₂-Ce电极具有较高的活性表面积和析氧电位。为使极板达到最佳应用条件,通过响应面法得到一组预测优化参数：电流密度161.18A/m²,电解质浓度5.90g/L,极板间距1.58cm,初始pH为9.05。在最优条件下,对焦化废水的降解效率达到90.47%,能耗为0.787kW·h/g,并据此对可能得催化氧化原理提供预测。     

钛基体二氧化铅电极改性研究进展

本文介绍以钛金属为基体的二氧化铅阳极材料的改性研究进展,针对钛基体二氧化铅电极氧化技术在催化活性与稳定性上的不足,主要从基体、中间层、表面活性层三个方面的改性研究进行概括总结,包括基体改性、增加电极镀层、掺杂金属元素、离子、氧化物、活性颗粒改性等方法,指出了二氧化铅电极在处理废水和目标污染物降解机制存在的问题,并对其未...     

换向脉冲电沉积法制备Ti/TNTs/Sb–SnO_2阳极及其性能研究

以Ti阳极氧化所得TiO_2纳米管(TNTs)为基体,采用换向脉冲电沉积制备Sb掺杂SnO_2电极(Ti/TNTs/Sb–SnO_2)。采用X射线衍射、扫描电镜、能谱等手段对其微观结构、表面形貌及元素组成进行分析,研究了它作为阳极对对硝基苯酚(p-NP)的电催化氧化降解能力。结果表明,当负向脉冲电流为60 m A时,换向脉冲电沉积法制备的Ti/TNTs/Sb–SnO_2电极的表面覆盖层均匀,致密,无裂缝。阳极极化曲线的分析结果表明,该电极的析氧电位为2.28 V,用其降解对硝基苯酚2.5 h后,去除效率达81%。     

新型钛基PbO2阳极电氧化降解 有机污染物的特性研究

用电沉积法制备了PbO2/SnO2+Sb2O3/Ti、Bi-PbO2/SnO2+Sb2O3/Ti、PbO2（超声）/SnO2+Sb2O3/Ti、Bi-PbO2（超声）/SnO2+Sb2O3/Ti等4种二氧化铅电极,用稳态极化曲线表征了它们的电催化性和选择性,分析了电解苯酚废水的处理效果,用加速寿命实验测定了电极寿命,用电子扫描电镜表征了沉积层晶相和形貌。结果表明：掺Bi可以提高电极的电催化性和电氧化苯酚的选择性,超声电沉积可以增大电极比表面积,提高电极的表观催化活性,显著增长电极加速寿命。     

Effects of copper cation and acetate anion on the growth of PbO2 on a SnO2/Ti substrate

The effects were examined of copper(II) cations and acetate anions on the nucleation, growth and electrochemically active surface area of lead dioxide on a SnO₂/Ti electrode. The nucleation rate of electrodeposited lead dioxide was greater in the presence of Cu(II), but smaller in the presence of acetate anions when compared with that of pure PbO₂. The growth rate of the nuclei of PbO₂ was greater for acetate-doped PbO₂ but it was smaller for Cu(II)-modified PbO₂ in comparison with pure PbO₂. The acetate-doped PbO₂ was grown in the form of hemispheres, whereas the Cu(II)-modified PbO₂ was in the form of multi-sided pyramids whose growth axes are directed towards the center of the sphere. The average size of crystal aggregates for electrodeposited lead dioxide became enlarged in the presence of Cu(II). The morphology of the PbO₂ film was smooth in appearance in the presence of acetate anions. The growth of PbO₂ on the SnO₂/Ti substrate was demonstrated not to be an instantaneous process, but is preceded by progressive nucleation with preferential island growth. PbO₂ doped with the acetate anion resulted in a significant increase of the electrochemically active surface area (Q^*); by contrast, values of Q^* for lead dioxide modified with Cu(II) decreased.     

The influence of F doping on the activity of PbO2 film electrodes in oxygen evolution reaction

The PbO₂ and F⁻-doped PbO₂ (F-PbO₂) film electrodes have been prepared by an electrodeposition process onto platinum substrate. The changes of their electrochemical activity for oxygen evolution (OE) reaction with accelerated electrolysis time have been studied. The results show that the activity of the electrodes decreases with increasing electrolysis time. This can be attributed to the conductivity variations, which are caused by the decrease of the oxygen vacancy concentration in PbO₂ films during OE. The mechanism of the decrease of the oxygen vacancies has been investigated. For F-PbO₂ film electrodes, though its electrochemical activity is somewhat lower than that of undoped one, its activity stability is much higher in comparison with that of PbO₂. The influence of F⁻ doping on the activity of PbO₂ film electrodes has been also discussed.     

镍掺杂钨氧化物电极制备及对苯酚的催化降解研究

通过阴极电沉积在钛基体上制备了掺杂Ni元素的WOX涂层电极,采用XRD、EDS分析认为涂层主要是四价钨的氧化物及镍氧化物的混合物。循环伏安测试苯酚在电极上的氧化电位为0.556 V,电极具有很好的电化学催化氧化活性。电极对苯酚的电化学氧化降解效果较好,苯酚的去除率接近90%,COD的去除率在43%左右,提高了苯酚模拟废水的可生化性。     

Cr(III) oxidation with lead dioxide-based anodes

A procedure for preparing PbO₂-based electrodes with a titanium substrate is proposed. A platinum underlayer is first deposited on Ti by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), followed by the electrodeposition of the PbO₂ layer. The prepared Ti/Pt/PbO₂ anodes were examined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) before being used for oxidation of Cr(III) in sulphuric acid. The current efficiency was determined for that electrodes and the results were compared with those obtained with Pb/PbO₂ and Ebonex^®/PbO₂ electrodes with different pH conditions. The Ti/Pt/PbO₂ were found to have a very good electrochemical behaviour (current efficiency: φ=0.93 for pH 2), and may be used as dimensionally stable anodes for the oxidation of Cr(III).     

基于Ti/SnO2阳极的电化学法降解对硝基苯酚

为探寻硝基芳香族有机污染物的高效降解技术,采用溶胶凝胶法制备了钛基锡系阳极,且掺杂Sb、La等元素对该电极材料进行了改性,并把该系列电极用于电化学处理模拟对硝基苯酚废水。通过SEM和XRD对电极形貌进行表征,分析了元素掺杂改善电极性能的机理,考察了电解条件对电化学降解对硝基苯酚效果的影响,探究了电场因素对电化学体系降解废水的影响机制。通过紫外吸收光谱分析推断了对硝基苯酚在电化学作用下可能的降解历程。研究结果表明：同时掺杂La和Sb的电极降解对硝基苯酚效果最好;在电解电压12 V、极板间距25 mm、pH值为7、电解质浓度0.5 mol/L的条件下电解120 min,对硝基苯酚的降解率可达92.8%,可见应用掺杂La、Sb的Ti/SnO2电极材料的电化学法降解对硝基苯酚优势相当明显。     

光电催化协同高效降解苯酚和去除溶液的COD

开发一种电化学方法,高效降解低浓度苯酚溶液。按照钛离子与铜离子比例100∶1,将铜离子掺杂到锐钛型二氧化钛晶格中,获得铜离子掺杂锐钛型二氧化钛,铜离子掺杂前后,晶型保持不变。将掺杂铜离子二氧化钛配制成溶液,涂布于不锈钢表面,经过干燥,获得复合电极;以复合电极为正极、不锈钢网为负极,降解浓度为100 mg/L、体积为6 L苯酚溶液;研究结果表明:当特征波长为380 nm紫外灯、照射强度为1 100μw/cm2、溶解氧浓度为9 mg/L、电压为12 V时,苯酚降解速度最快,2 h内苯酚开环率达到98%,溶液的化学需氧量去除率大于95%,溶液的COD小于10mg/L。