樁式結構摻雜型SnO-,2--TiO-,2--NTs電極的構筑與光助電催化氧化.pdf

1、電化學催化氧化降解有機污染物技術具有氧化能力強、可控性高、反應條件溫和、占地面積小以及對環(huán)境友好等一系列優(yōu)點。研制電化學性能優(yōu)異，適合環(huán)境污染物氧化降解的電極是近年來國內外研究的熱點。本文從改變電極的微觀結構入手，通過在Ti基體上原位生長的有序二氧化鈦納米管（TiO2-NTs）陣列，構筑了一種新型的Ti基摻雜型的二氧化錫（TiO2-NTs/SnO2）電極。這種電極具有使用壽命長、析氧電位高和電催化氧化能力好等優(yōu)異的電化學特性。同時，由于

2、這種高度有序的三維立體結構，大的比表面積和高的空間利用率的TiO2-NTs是一種很好的光催化劑，所以，制備得到的TiO2-NTs/SnO2電極兼并了優(yōu)良的光電化學性質。這一研究工作為研究適合于有機廢水電化學處理的陽極材料和方法提供了一種新的思路和理論基礎。研究取得了以下幾方面成果： （1）通過對Ti基體巧妙的設計和構筑，制備了一種新型樁式結構的Sb摻雜的TiO2-NTs/SnO2電極。它具有高的析氧電位、長的電極壽命和強的電催

3、化活性。高度有序的三維立體結構，大的比表面積和高的空間利用率的TiO2-NTs可通過電化學陽極氧化法可控的制備得到，借助超低表面張力活性劑的錫銻溶膠在真空條件下被組裝在TiO2-NTs中。結果表明，TiO2-NTs可以使Ti基體和錫銻氧化物結合得更加緊密，所制備得到的TiO2-NTs/SnO2電極在0.1mol·L-1H2SO4的電極壽命為36小時，是普通Sb摻雜的SnO2 （Ti/SnO2）電極的12倍，這大大地提高了電極的實用前景。

4、而且，TiO2-NTs還可以顯著提高錫銻氧化物的負載量，從而提高了電極表面的活性位點，進而增強了TiO2-NTs/SnO2電極的電化學降解性能。和普通的Ti/SnO2電極相比，TiO2-NTs/SnO2電極還具有更高的析氧電位和更好的電催化性。TiO2-NTs/SnO2電極在電流密度為20mA·cm-2條件下在7小時內能完全礦化苯甲酸，并且它的礦化電流效率是Ti/SnO2電極的2倍。研究發(fā)現(xiàn)，這是由于苯甲酸降解的中間產物在TiO2-NT

5、s/SnO2電極上進一步降解的效率更快。 （2）TiO2-NTs/SnO2電極具有比普通的TiO2-NTs更優(yōu)異的光助電催化氧化性能。因此，通過光助電催化技術，不僅可以很好的提高TiO2-NTs/SnO2電極降解污染物的能力，并且可以改變電化學方法降解污染物電流效率低的缺點。與TiO2-NTs電極相比，TiO2-NTs/SnO2電極其光電流提高了1.3倍。其禁帶寬度由3.22eV降低到2.93eV，發(fā)生了紅移。在無紫外光照時，

6、TiO2-NTs/SnO2電極對苯甲酸氧化的瞬時電流效率為26.8％，而Ti/SnO2電極只有13.3％；在紫外光照時，TiO2-NTs/SnO2電極對苯甲酸氧化的瞬時電流效率達到100％。TiO2-NTs/SnO2電極3.5h內在電流密度為20mA·cm-2條件下光助電催化處理苯甲酸的COD去除率達100％。實驗結果表明，TiO2-NTs/SnO2電極是一種適合光助電催化的電極。 （3）在TiO2-NTs/SnO2電極具有良

7、好的光助電催化性能的基礎上，將摻雜不同比例Fe的錫銻氧化物溶膠植入TiO2納米管內，得到的Fe-SnO2/TiO2-NTs電極。研究表明，當Fe的摻雜量為1％時，所制備得到的1％Fe-SnO2/TiO2-NTs電極表面的錫銻氧化物呈球狀，和TiO2-NTs/SnO2相比，增大了錫銻氧化物的比表面積，有助于其活性位點的增加。而且，1％Fe-SnO2/TiO2-NTs電極禁帶寬度由2.93eV降低到2.83eV，并且光電流提高了近3倍。同時

8、，1％Fe-SnO2/TiO2-NTs電極在5mmol·L-1[Fe（CN）6]3-/[Fe（CN）6]4-溶液中可逆性也得到了提高。采用1％Fe-SnO2/TiO2-NTs電極對2，4-二氯苯氧乙酸進行光助電催化降解，在電流密度為10mA·cm-2時候2h就可以將其完全轉化，而在相同條件下，TiO2-NTs/SnO2電極需3h才能將其完全轉化，并且電能消耗量只有TiO2-NTs/SnO2電極的1/4，適量的Fe的摻雜可以有效的降低能耗