石墨纖維中間層鈦基氧化物陽極研究.pdf

1、現(xiàn)代電化學(xué)工業(yè)中許多生產(chǎn)過程需在強酸的環(huán)境中進(jìn)行，由于酸性溶液的強腐蝕性和陽極放氧的強氧化性，使得滿足工業(yè)條件的陽極材料十分稀少，優(yōu)良的陽極要求具有導(dǎo)電性高、催化活性好、壽命長、表面積大、價格低和污染小等優(yōu)點。目前國內(nèi)外研究較廣泛的耐酸不溶性陽極類型多是以鈦為導(dǎo)電基，此種陽極的主要缺點是在電解使用過程中，陽極放出的氧使鈦鈍化而導(dǎo)致電極電阻增大，電極失效。 本文提出了一種以鈦為基體，SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF(石

2、墨纖維)為中間層，PbOx或MnOx為活性層的電極，采用熱分解和電沉積組合技術(shù)制備了Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/PbOx和Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/MnOx陽極。利用SEM、XRD和XPS等手段對上述電極表面形貌、結(jié)構(gòu)物相、組成價態(tài)進(jìn)行了表征；采用快速壽命實驗考察了該電極在1.0 mol/L H<,2>SO<,4>溶液中4A/cm<'2>下的預(yù)期使用壽命；采用三電極體系測定了上述電極在不

3、同溶液中的循環(huán)伏安曲線，同時利用循環(huán)伏安曲線求得了電極表面的分形維數(shù)、活化能、氫離子反應(yīng)級數(shù)和動力學(xué)參數(shù)等；并對析氧反應(yīng)機理進(jìn)行了探討。結(jié)果表明： (1)Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/PbO<,x>和 Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/MnOx電極在1.0mol/L H<,2>SO<,4>溶液中，工業(yè)電流密度下(1000A/m<'2>)預(yù)期使用壽命分別約為22年和3.65年，上述兩種電極

4、壽命均比一般氧化物電極的壽命長，尤其前者更為明顯。 (2)Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/PbOx電極的析氧動力學(xué)參數(shù)a、b、i<,0>依次為0.238V、0.737V和4.75×10<'-1>A/cm<'2>;Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>-GF/MnOx電極a、b、i<,0>分別為0.395V、1.261V和7.70×10<'-3>A/cm<'2>。兩者相比，前者的a、b較小，i<,0>較

5、大。因此，Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/PbOx的電催化性能更好。 (3)Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/PbO<,x>電極和Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/MnO<,x>電極在強酸溶液中的平均活化能分別為14.21 kJ/mol和28.01 kJ/mol，較一般的化學(xué)反應(yīng)活化能低。因此該電極的析氧電催化性能較好。 (4)Ti/SnO<,2>+Sb<,2>

6、O<,4>+GF/PbOx電極和Ti/SnO<,2>+Sb<,2>O<,4>+GF/MnOx電極在強酸性溶液放氧反應(yīng)中H<'+>的反應(yīng)級數(shù)約為零。 (5)Ti/PbOx類電極OER的歷程如下： PbO<,2-x>+H<,2>O→PbO<,2-x>(·OH)+H<'+>+e<'-> PbO<,2-x>(·OH)→PbO<,2-X+1>+H<'+>+e<'-> PbO<,2-x>(·OH)→PbO<,2-x>+H<'+>+e<'->