Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极载量与析氧电催化性能研究

采用Pechini法制得Ti/IrO2-Ta2O5氧化物阳极,研究了涂层载量对Ti/IrO2-Ta2O5阳极微观结构和析氧电催化性能的影响.SEM、EDX、极化曲线、循环伏安及强化电解试验等测试结果表明:涂层载量增加,涂层裂缝变窄变浅,且IrO2晶粒偏析趋于增强;同时也提高了阳极析氧电催化活性,增大阳极活性表面积及延长阳极使用寿命;强化电解寿命与Ir涂覆量(1.98～9.08g/m2)基本呈线性递增关系.     

退火温度对Ti/IrO2-CeO2电极组织结构与电容性能的影响

采用热分解法制备了钛基IrO2-CeO2二元氧化物涂层电极(Ti/IrO2-CeO2)。通过X射线荧光衍射(XRD),(SEM),循环伏安和交流阻抗等方法研究了退火温度对Ti/IrO2-CeO2涂层电极组织结构与电容性能的影响。结果表明,随退火温度升高,IrO2-CeO2涂层由非晶态向晶态转变,晶化程度逐渐升高;在460~480℃高温退火,IrO2-CeO2涂层中仍含有约28%的非晶态组织,说明CeO2有抑制IrO2晶化的作用。当退火温度为380℃时,电极的晶化程度约为25%,比电容达到最大值,并具有良好的循环稳定性。电极的电荷转移电阻取决于电极的晶化程度,随退火温度升高呈阶梯下降趋势。     

IrO2电极在4-氯苯酚水溶液中的电化学活性

研究了在4-氯苯酚(简称氯酚)电化学稳定窗口内氯酚对Ti基IrO2电极在酸性水溶液中电化学活性的影响. 循环伏安(CV)与电化学阻抗谱(EIS)测试均显示, 几乎在整个氯酚的电化学稳定电位区间内, 氯酚对氧化物电极均起到活化作用. 以金属Ir电极为对比试样的测试结果却显示, 由于氯酚易于在金属表面吸附, 氯酚在其电化学稳定窗口内对金属电极的活性产生抑制作用. 基于氯酚对上述两类电极电化学行为影响的差异, 提出活性氧化物自身在上述电位区间内发生从低价态到高价态的转变, 进而用于氧化去除吸附在电极表面的有机分子, 可能是氯酚对IrO2电极造成活化的主要原因.     

金属氧化物阳极失效过程的电化学监测

采用循环伏安和电化学阻抗谱等电化学方法对金属氧化物阳极在硫酸中的寿命加速过程进行了监测.检测了阳极伏安电量,双电层电容,氧化物膜电阻和析氧反应的电荷传递电阻等电化学参数随电解时间的变化,并提出金属氧化物阳极电解失效的机理.     

H_2SO_4溶液中,RuO_2-TiO_2电极失效过程的俄歇电子能谱研究

对于Ti基RuO_2-TiO_2涂层形稳阳极(DSA,dimen.sionally stable anode)的失效原因,虽然进行过不少研究,但往往着重在电极电位发生突变,即电极失效后期;缺少对电极失效过程中电极性能的演变进行研究。我们在电化学方法研究基础上进一步采用俄歇电子能谱技术(AES),对寿命试验过程中不同电解时间的DSA电极的表面成份和纵向的元素分布进行了研究。     

苯酚在热氧化法制备的SnO2/Ti电极上的电氧化研究

以热氧化法制备的ＳｎＯ２／Ｔｉ电极作为阳极用于含苯酚酸性溶液的恒电流电解,测定了苯酚浓度、溶液中化学需氧量（ＣＯＤ）以及瞬时电流效率等随电解时间的变化。结果表明,用ＳｎＯ２／Ｔｉ电极代替铂作为阳极可使相同氧化电量下的ＣＯＤ明显下降,而平均电流效率提高了３倍,讨论了两种电极上苯酚氧化的反应机理。     

添加碳纳米管对钌铱锡氧化物阳极性能的影响

本文采用热分解法制备Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极,运用TGA、SEM、EDS、循环伏安、电化学交流阻抗、极化曲线以及强化电解寿命测试方法,探讨添加不同含量碳纳米管（CNTs）对Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极的影响规律. 热重分析和阳极能谱数据表明,在烧结温度470 ^oC条件下CNTs未发生高温氧化分解,仍以单质形式存在阳极涂层中. 与对比样品相比,涂层表面裂纹增多,但仍保持典型形貌. 添加CNTs显著改善了Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极的电化学性能,增大了阳极的活性表面积,减小了涂层内部电阻,提高了阳极析氯电催化活性,析氯电位增加缓慢,阳极强化电解寿命也得到明显延长. 其中,添加0.1 g·L^-1 CNTs的Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极电催化活性和稳定性最优.     

H2SO4溶液中,RuO2-TiO2电极失效过程的俄歇电子能谱研究

对于Ti基RuO₂-TiO₂涂层形稳阳极(DSA,dimen.sionally stable anode)的失效原因,虽然进行过不少研究,但往往着重在电极电位发生突变,即电极失效后期;缺少对电极失效过程中电极性能的演变进行研究。我们在电化学方法研究基础上进一步采用俄歇电子能谱技术(AES),对寿命试验过程中不同电解时间的DSA电极的表面成份和纵向的元素分布进行了研究。     

热分解法制备电解煤浆用阳极及其电催化活性

采用热分解法制备了一元、二元贵金属形稳阳极(DSA),并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线谱(EDS)等测试技术对所制备电极的表面形貌、成分组成等进行分析表征;在煤浆电解过程中,采用两电极体系,对所制备电极的电催化活性进行了测试。结果表明,催化涂层中Ru、Ir主要以氧化物或合金的形式存在,而Pt主要以金属单质或合金的形式存在,用所制备的电极作为阳极,电解煤浆10h以后,电流大小和气体的生成速率比较稳定,在整个电解过程中,H2气的电解效率一直接近100%,而此时阳极产物的电解效率为40%左右。与Ti/Pt电极相比,电极的催化活性均有较大的提高,其中Ti/Pt-RuO2(1∶1)和Ti/Pt-IrO2(1∶1)电极的活性最好。     

丁二酸在Ti/TiO2膜电极上的电化学合成

在包含原料马来酸的硫酸溶液中, 通过原位阳极氧化法制备了Ti/TiO2膜电极, 然后采用极性转换技术在原溶液中电化学合成丁二酸. 采用XPS, XRD和SEM分析了膜电极上的元素组成、价态分布和氧化膜的晶相结构及表面形貌. 结果表明, 阳极氧化膜层内只含有Ti和O两种元素, 且Ti均为Ti4+; TiO2氧化膜是金红石相, 表观呈现带孔的条纹形貌. 通过循环伏安、恒电位阶跃和恒电流电解技术研究了Ti/TiO2原位氧化膜电极的电化学性质, 结果表明, 该膜电极对马来酸电还原合成丁二酸具有较好的电催化活性. 以钛基氧化钌电极(DSA)为阳极, Ti/TiO2原位氧化膜电极为阴极进行恒电流电解了实验. 结果表明, 丁二酸的还原产率为95.94%, 电流效率为95.57%, 产物纯度为99.28%, 熔点为185~187 ℃.     

低温海水用钛基金属氧化物阳极的制备与性能

将Ti N纳米粉体与Ta Cl5正丁醇饱和溶液混合制得中间层涂覆液,通过热分解法在不同焙烧温度下得到了含有中间层的Ti/(Ti-Tax)O2/Ir O2电极,并与相同工艺下得到的传统Ti/Ir O2电极进行对比分析.采用X射线衍射和扫描电子显微镜对制备的电极进行了表征,通过循环伏安曲线、极化曲线和恒流加速寿命测试等电化学手段对电极性能进行了分析.结果表明,引入中间层可以使Ti/(Ti-Tax)O2/Ir O2电极400℃低温焙烧样品表层Ir O2结晶发育更好,得到了通常高温下才具有的典型龟裂纹形貌;相对于500℃高温焙烧样品,其在海水中的电化学活性表面积提高近6倍,在4℃和100 m A/cm2电流密度下的电极电位(1.37 V)降低100 m V,催化性能得到显著提高;同时加速寿命相对于传统的Ti/Ir O2电极提高10倍以上,是一种适用于低温海水环境的、具有较高活性和耐久性的新型阳极.     

SbOx+SnO2中间层对Ti/MnO2电极性能的影响

采用热分解方法制备了含SbO_x+SnO₂中间层的钛基二氧化锰电极. 在0.5 mol·L^-1 H₂SO₄溶液中对添加和没有添加SbO_x+SnO₂中间层的二氧化锰阳极进行了加速电解试验. 采用极化曲线和循环伏安曲线测量电极的析氯反应. 用循环伏安曲线和电化学阻抗谱来分析电极电解过程中内部结构和表面的变化. 结果表明, 二氧化锰阳极钝化失效的主要原因是绝缘的TiO₂层的生成和变厚. 引入中间层可以降低钛基体和活性涂层间的电阻, 并且在电解过程中, 可以显著延缓接触电阻的升高, 从而可以显著提高其寿命.     

苯胺在SnO2/Ti电极上的电化学氧化

研究了以SnO2/Ti为阳极降解苯胺的电化学降解特性.实验结果表明,同Pt电极比较,掺 F的SnO2/Ti电极对苯胺的降解表现了明显的效果.苯胺在SnO2/Ti电极上氧化降解速率主要决 定于其中间产物的阳极溶解行为.由中间产物构成的有机膜的阳极溶解是反应的慢步骤.研究 了苯胺溶液的浓度、pH和电流密度对苯胺降解速率的影响规律,对反应中间产物的复杂性及 构成“膜”的理化性质进行了初步分析.     

Ru-Ir-Ti氧化物阳极正反电流电解失效机理研究

应用热分解法制备适用于海水电解的钛基金属氧化物阳极.由SEM、EDX和XRD分析表征该阳极的形貌、成分及相结构,结果表明,烧结后阳极表面形成了固溶体结构,分别为(Ru,Ir,Ti)O2和(Ir,Ti)O2,失效后氧化物阳极的固溶体结构几乎完全消失,活性物质丧失.强化正反向电流寿命测试、循环伏安曲线和电化学阻抗谱等测试表明,失效后氧化物阳极表面的电化学活性点大大减少,同时膜电阻增加,这是由于活性物质脱落导致的,进一步说明正反向电流导致阳极表面活性物质脱落是氧化物阳极失效的根本原因.     

Ti/RuO2-IrO2-SnO2-Sb2O5阳极在农村饮用水消毒中的应用

采用热分解法制备了一种新型高效析氯阳极Ti/RuO₂-IrO₂-SnO₂-Sb₂O₅,将其应用于农村饮用水消毒频繁停开、低电解液浓度的特殊工况下,并与Ti/RuO₂-SnO₂-Sb₂O₅、Ti/RuO₂-TiO₂、Ti/RuO₂-TiO₂-IrO₂三种析氯阳极进行性能对比。通过SEM、EDS、XRD等方法表征测试阳极表面形貌、元素及组成,考察了氯化钠浓度、电流密度、停开频率对阳极析氯效果和寿命的影响。研究发现,Ti/RuO₂-IrO₂-SnO₂-Sb₂O₅阳极活性强、稳定性高;阳极涂层各组分高度融合为固溶体,结构致密,稳定性强;在15 g·L^-1 NaCl、400 A·m^-2电流密度、20℃条件下,Ti/RuO₂-IrO₂-SnO₂-Sb₂O₅阳极电解的电流效率达到91.55%;频繁停开、强化电解条件下寿命达到231 h,是Ti/RuO₂-TiO₂阳极的77倍,预估在400 A·m^-2电流密度下能够使用20年。     

PbO2阳极在硫酸溶液中的析氧失活行为

采用热分解鄄电镀法制备了以Sb 掺杂SnO₂(Sb-SnO₂)为底层的Ti 基PbO₂阳极(Ti/PbO₂). 采用加速电解寿命测试、电化学阻抗谱、XRD、SEM-EDX 等技术, 研究了Ti/PbO₂阳极在硫酸溶液中的电解失效行为和机制.结果表明,在新制备的PbO₂镀层中, 由于氧空位的存在, PbO₂镀层的内应力表现为拉应力, 随着电解的进行, 阳极表面生成的活性氧原子在向基底扩散的过程中, 将Pb³⁺态氧化为Pb⁴⁺态, 逐渐占据镀层内作为自由电子施主的氧空位, 这不仅导致镀层的导电性能下降, 同时使镀层的应力逐渐由拉应力转变为压应力, 镀层性质逐渐劣化. 这一过程基本结束时,活性氧原子才大量扩散至Ti基底导致基底的钝化, 在Ti 基底和镀层界面出现显著的界面应力, 在界面应力和镀层内压应力的共同作用下, 阳极出现鼓泡、脱落, 迅速进入失活阶段.     

钌-钯掺杂Ti/TiO2阳极电催化降解甲基橙研究

以偶氮染料甲基橙为处理对象, 分别考察了Ru, Pd及Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极的光、电催化活性, 并与Ti/RuOx-PdO阳极的电催化活性进行了比较; 利用XPS分析了Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极表面Ru, Pd及Ti的化学形态. 实验发现, Ru, Pd及Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极的光催化活性都有所降低, 而其电催化活性却都有大幅提升, 特别是Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极, 其电催化活性明显地优于Ti/RuOx-PdO阳极. XPS分析表明, Ru-Pd掺杂的Ti/TiO2阳极其光、电催化活性的变化可能与该阳极表面Ru, Pd及Ti的化学形态变化有关.     

Electrocatalytic activity of sol-gel-prepared RuO2/Ti anode in chlorine and oxygen evolution reactions

Electrocatalytic properties of RuO₂/Ti anode with different coating masses, which are prepared by the alkoxide sol-gel procedure, are investigated in chlorine and oxygen evolution reactions by polarization measurements and electrochemical impedance spectroscopy in H₂SO₄ and NaCl electrolytes. According to polarization measurements, the activity of anodes at overpotentials below 100 mV is independent of coating mass. However, impedance measurements above 100 mV reveal changes in the activity of anodes in chlorine evolution reaction for different coating masses. The diffusion limitations related to the evolved chlorine are registered in low-frequency domain at 1.10 V (SCE), diminishing with the increase in potential to the 1.15 V (SCE). The observed impedance behavior is discussed with respect to the activity model for activated titanium anodes in chlorine evolution reaction involving formation of gas channels within porous coating structure. Gas channels enhance the mass transfer rate similarly to the forced convection, which also increases the activity of anode. This is more pronounced for the anode of greater coating mass due to its more compact surface structure. The more compact structure appears to be beneficial for gas channels formation. Published in Russian in Elektrokhimiya, 2006, Vol. 42, No. 10, pp. 1173–1179. The text was submitted by the authors in English.     

F-和Fe3+掺杂对Ti基PbO2阳极性能的影响

采用热分解-电镀法制备了Ti基PbO2,阳极(Ti/PbO2),F-掺杂PbO2阳极(Ti/F-PbO2),Fe3+掺杂PbO2阳极(TiP/Fe-PbO2)和F-,Fe3+共掺杂PbO2,阳极(Ti/F-Fe-PbO2).采用XRD和EDX测试对电极进行了表征,应用加速电解寿命测试和电催化降解4-氯苯酚(4-CP)污水,考察了F-掺杂,Fe3+掺杂和F-,Fe3+共掺杂对PbO2阳极稳定性及电催化活性的影响.结果表明,Ti/F-PbO2和Ti/FePbO2阳极有相近的电催化降解活性,但与Fe3+掺杂相比,F-掺杂大大提高了PbO2阳极的加速电解寿命.对Ti/F-Fe-PbO2阳极,Fe3+掺杂改善了其导电性能.同时F-掺杂提高了阳极的稳定性能,使其有较长的电解寿命.与Ti/PbO2,Ti/F-PbO2和Ti/Fe-PbO2阳极相比,Ti/F-Fe-PbO2阳极的电催化降解活性显著提高,这不仅与其导电性能的改善有关,更与F-掺杂和Fe3+掺杂对4-CP降解的表面协同作用有关.