樁式結(jié)構(gòu)摻雜型SnO-,2--TiO-,2--NTs電極的構(gòu)筑與光助電催化氧化.pdf

1、電化學(xué)催化氧化降解有機(jī)污染物技術(shù)具有氧化能力強(qiáng)、可控性高、反應(yīng)條件溫和、占地面積小以及對(duì)環(huán)境友好等一系列優(yōu)點(diǎn)。研制電化學(xué)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(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本文從改變電極的微觀結(jié)構(gòu)入手，通過在Ti基體上原位生長(zhǎng)的有序二氧化鈦納米管（TiO2-NTs）陣列，構(gòu)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(zhǎng)、析氧電位高和電催化氧化能力好等優(yōu)異的電化學(xué)特性。同時(shí)，由于

2、這種高度有序的三維立體結(jié)構(gòu)，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(xué)性質(zhì)。這一研究工作為研究適合于有機(jī)廢水電化學(xué)處理的陽極材料和方法提供了一種新的思路和理論基礎(chǔ)。研究取得了以下幾方面成果： （1）通過對(duì)Ti基體巧妙的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑，制備了一種新型樁式結(jié)構(gòu)的Sb摻雜的TiO2-NTs/SnO2電極。它具有高的析氧電位、長(zhǎng)的電極壽命和強(qiáng)的電催

3、化活性。高度有序的三維立體結(jié)構(gòu)，大的比表面積和高的空間利用率的TiO2-NTs可通過電化學(xué)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(jié)果表明，TiO2-NTs可以使Ti基體和錫銻氧化物結(jié)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(shí)，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(shí)用前景。

4、而且，TiO2-NTs還可以顯著提高錫銻氧化物的負(fù)載量，從而提高了電極表面的活性位點(diǎn)，進(jìn)而增強(qiáng)了TiO2-NTs/SnO2電極的電化學(xué)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(shí)內(nèi)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(chǎn)物在TiO2-NT

5、s/SnO2電極上進(jìn)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(shù)，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(xué)方法降解污染物電流效率低的缺點(diǎn)。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(shí)，

6、TiO2-NTs/SnO2電極對(duì)苯甲酸氧化的瞬時(shí)電流效率為26.8％，而Ti/SnO2電極只有13.3％；在紫外光照時(shí)，TiO2-NTs/SnO2電極對(duì)苯甲酸氧化的瞬時(shí)電流效率達(dá)到100％。TiO2-NTs/SnO2電極3.5h內(nèi)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(dá)100％。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chǔ)上，將摻雜不同比例Fe的錫銻氧化物溶膠植入TiO2納米管內(nèi)，得到的Fe-SnO2/TiO2-NTs電極。研究表明，當(dāng)Fe的摻雜量為1％時(shí)，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(diǎn)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(shí)

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(duì)2，4-二氯苯氧乙酸進(jìn)行光助電催化降解，在電流密度為10mA·cm-2時(shí)候2h就可以將其完全轉(zhuǎn)化，而在相同條件下，TiO2-NTs/SnO2電極需3h才能將其完全轉(zhuǎn)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