二氧化铅电极的修饰改性及其电催化性能的研究

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PbO2电极因具有良好的催化活性、高析氧电位、化学稳定性好,价格低廉等优点,被认为是最具有发展潜力的阳极材料。为了进一步提高Pb02电极的电化学性能,本文通过表面稀土掺杂和制备纳米管状结构来提高Pb02电极的性能,主要的工作如下:通过循环伏安法(CV)和共电沉积法(CD)制备了稀土Pr掺杂的Pb02电极。比较了稀土Pr掺杂前后以及两种不同的修饰方法对Pb02电极性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段对改性Pb02电极表面的形貌、物相、元素组成与价态进行了表征。通过CV,强化寿命测试和电化学阻抗(EIS)考查了改性Pb02电极的电化学性能和使用寿命。通过电催化降解甲基橙,比较了改性Pb02电极的催化降解能力。结果表明:稀土Pr的掺杂使Pb02电极的性能有了明显的提高。掺杂后Pb02电极的晶粒尺寸更加细小;具有更长的使用寿命,掺杂的Pb02电极平均使用寿命为692h,是未掺杂PbO2电极使用寿命的3.3倍。掺杂的Pb02电极对甲基橙的脱色率和COD除去值分别是未掺杂PbO2电极的1.4倍和1.2倍。CV修饰法制备的Ti/PbO2-Pr2O3(CV)电极性能要优于CD修饰法制备的Ti/PbO2-Pr2O3(CD)电极。CV修饰法对PbO2电极的表面形貌影响显著,Ti/Pb02-Pr203(CV)电极的表面有效催化面积更大。Ti/PbO2-Pr2O3(CV)电极具有更高的析氧电位和更长的使用寿命。电催化降解甲基橙的实验表明Ti/PbO2-Pr2O3(CV)电极具有更好的电催化性能,Ti/PbO2-Pr2O3(CV)电极相比于Ti/PbO2-Pr2O3(CD)电极,降解时电流效率增加了17%,而能耗却下降了8%。采用阳极氧化法和脉冲电沉积法成功制备了纳米管状结构Ti/TiO2NT/PbO2电极。考查了Ti/TiO2NT/PbO2电极的表面形貌和化学组成,对比了PbO2沉积前后电极的电化学性能的变化。根据SEM、透射电子显微镜(TEM)、XRD、XPS的分析结果,发现TiO2纳米管内的沉积物是β-PbO2,Pb在电极表面的实际原子百分比为11.75%,PbO2沿纳米管管壁沉积并没有堵塞纳米管管腔。电化学测试表明PbO2最佳的沉积时间为45min, PbO2的沉积使TiO2纳米管的电子传递电阻出现了下降。通过电催化降解苯酚的实验研究了电流密度和Cl-浓度对Ti/TiO2NT/PbO2电极降解苯酚的影响,结果表明:最佳的电解电流密度为30mA·cm-2,在此电流密度下加入17.53g·L-1NaCl时,苯酚的除去率和COD除去率能分别达到96.6%和88.7%。由此可以看出,具有纳米管状结构的Ti/TiO2NT/PbO2电极具有很好的催化性能。
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