酸溶液中氧在Ti/RuO2+TiO2电极上阳极析出动力学与机理研究

本文通过在酸溶液中Ti/RuO_2+TiO_2电极上氧阳极析出动力学的研究, 表明酸溶液中氧阳极析出的极化曲线同样具有两Tafel区. 低极化区的Tafel斜率? φ/?lgi=2.303RT/(1+β)F(即0.039 V, 其中β=0.5). 高极化区为?φ/?lg i=2.303RT/βF(即0.118 V). 在前一区域内氧析出反应对于水分子活度(α_w)的反应级数为4, 即i～α_w~4. 后一区域内则为2, 即i～α_w~2. 实验结果表明, 酸溶液中上述电极上氧阳极析出是按反应序列(1)、(2)进行的     

高氯酸与硫酸溶液中铂电极上氧阳极析出动力学与机理

本文研究了不同浓度的HClO₄和H₂SO₄溶液中铂电极上氧阳极析出过程的动力学。稳态极化曲线上有三个区域:电位突跃前的低极化区,突跃区和突跃后的高极化区。前两个区域内对于α_w的反应级数均为1,在后一区域内对于α_w·α_ClO4^-或αw·α_HSO4^-的反应级数接近于1/2。文中对在各区域内的反应机理和产生电位突跃的原因进行了探讨。     

氧的阳极析出过程的研究Ⅰ.碱溶液中氧在铂、低碳钢电极上阳极析出动力学

本文用稳定的极化曲线法研究了碱溶液中氧在铂和低碳钢电极上的阳极析出过程,并研究了OH^-、Cl^-、CNS^-、Li⁺、Na⁺和K⁺等离子对过程的影响。稳态的动力学数据表明,氧在上述阳极析出过程的机理符合电化学放电的规律,过程的速率由第二电子转移步骤所控制,即MOH_ad+OH^-—→MO_ad+H₂O+e。     

钛基导电氧化物电极上氧的阳极析出动力学与机理研究

本文通过在碱溶液中Ti/RuO_2+TiO_2(A)和Ti/SnO_2+CuCo_2O_4(B)电极上氧阳极析出动力学的对比研究, 表明这两类电极上氧的极化曲线均有两Tafel区。低极化区的Tafel斜率为0.039V(简称b_1区); 高极化区为0.120V(简称b_2区)。在A电极上b_1区i～a_W·a_(OH~-); b_2区i～a_W(浓碱溶液)或i～a_(OH)~(0.1～0.5)(稀碱溶液),在B电极上b_1区i～a_(OH~-); b_2区i～a_(OH~-)~(0.39)(浓碱溶液);或i～a_(OH~-)(稀碱溶液), 实验结果表明, 虽然这两类电极上氧阳极析出过程都由第二电子转移步骤控制, 但其机理不同, 前者是由水分子参加, 控制步骤为RuO_2·OH_(ads)+H_2O ~(rds)→ RuO(OH)~+_3+e后者则为 (SOH)~(n+)_(ads) ~(rds)→ (SOH)~((n+1)+)_(ads)+e它们与PbO_2、Pt和低碳钢上机理有些不同~[1,2]。     

硫酸溶液中Ce3+在铂电极上阳极氧化动力学

用分解极化曲线法研究了铂电极上Ce（Ⅳ）阳极形成动力学与机理．实验结果表明，电位在1．7—1．9V（vs．SCE）的高极化区，分解得到的O2和Ce（Ⅳ）的极化曲线Tafel斜率分别为2．303RT／βF和2×2．303RT／βF，两者的动力学方程可分别用下式表示：
i(O2)=k1aw4exp(βφF/RT)
i(Ce4+)=k2aw2[Ce3+]exp(βφF/2RT)
假设了Ce3＋是通过反应中间基MCe（OH）3•Oad氧化的机理．由此所导出的动力学方程与实验结果相符．     

硫酸溶液中Ce^3＋离子在PbO2电极上阳极氧化过程动力学

用“分解极化曲线”法研究ＰｂＯ２电极上Ｃｅ＾４＋阳极形成的动力学。测得电位在１．７￣１．９Ｖ（ｖｓ．ＳＣＥ）区域和高于１．９Ｖ区域的Ｏ２和Ｃｅ＾４＋的极化曲线的Ｔａｆｅｌ斜率和两者的动力学方程。推测了ＰｂＯ２电极上Ｃｅ＾４＋形成和Ｏ２析出的机理及两区域内反应机理的差别。所推得的动力学方程均与实验相符。     

硫酸溶液中苯酚在Ti/PbO2电极上的循环伏安研究

用循环伏安法研究了Ti/PbO₂电极在苯酚硫酸溶液中的电催化作用. 结果表明, 在硫酸溶液中, Ti/PbO₂阳极对苯酚具有电催化氧化作用. 如果苯酚浓度较低, 产生的吸附态羟基自由基可以将苯酚氧化, 直至完全矿化. 当苯酚浓度较高或产生的羟基自由基量相对较小时, 苯酚或中间产物可吸附在电极表面, 降低电极的真实表面积, 减少电极的活性点, 阻止反应物接近电极表面, 抑制苯酚的进一步氧化. 随着电解时间的延长, 这些吸附物由于逐渐被氧化, 电极活性恢复.     

IrO2-SnO2上氧析出机理

本文研究IrO_2-SnO_2电极上氧析出过程的动力学和机理.实验得到,在所研究的电极上氧析出极化曲线的Tafel斜率约为75mV,H~+的反应级数为-0.75.此外,XPS结果证明研究电极表面Ir以+4价存在.根据实验结果提出IrO_2-SnO_2电极上氧析出过程的机理为:IrO_2+H_2O→IrO_2-OH+H~++cIrO_2-OH(?)IrO_2-O~-+(H~+)_sIrO_2-O~-(?)IrO_2-O+c2(IrO_2-O)(?)2IrO_2+O_2其中第一步为反应速度步骤(r.d.s.),(H~+)_s表示电极表面上的吸附质子。     

MnO_2电极上氧还原的电催化机理

研究了MnO2 催化氧还原的电催化性质 ,通过比较MnO2 的自还原和催化氧还原的相关性 ,结合极化曲线分析和中间产物检测 ,提出了氧在MnO2 上电催化机理 .根据这一机理 ,MnO2 首先还原为MnOOH ,随之氧的还原通过化学氧化MnOOH ,两者协同进行 .依此导出的极化曲线形式能够较好地解决实验中观测到的动力学特征     

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.     

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.     

苯胺在SnO_2/Ti电极上的电化学氧化

研究了以SnO_2/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SnO_2/Ti电极对苯胺的降解表现了明显的效果.苯胺在SnO_2/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.     

氨氮在SnO2-C/Ti电极上的氧化

采用溶胶.凝胶法制备SnO2胶体,以Vulcan XC-72炭黑为载体,合成了SnO2-C(SnO2质量分数20%)电催化剂,利用X射线粉末衍射和扫描电子显微镜对其进行了物相和表面形貌分析.结果表明,VulcanXC-72所负载的SnO2为金红石相,粒径约100 nm.循环伏安法(CV)和阻抗测试(EIS)显示,在氨氮氧化过程中,Vulcan XC-72炭黑作为电催化剂载体,可以提高电催化剂的活性,氨的氧化峰电流从8×10-3 mA上升至1.5×10-2mA;Sb的掺杂有利于提高催化剂活性;电极表面存在膜电阻,膜的组成随施加电位的变化而变化.研究表明.强碱条件下更有利于氨氮的降解.     

TiO_2/316L不锈钢薄膜电极在NaCl溶液中的耐腐蚀性能

应用sol gel法和提拉技术于 316L不锈钢表面构筑纳米TiO2薄膜,再经水热后处理以消除膜中的细小龟裂.SEM和XRD技术表征膜的形貌和厚度,线性极化法分别考察膜厚度、pH、和Cl浓度对纳米膜电极耐腐蚀性能影响.电化学交流阻抗检测纳米TiO2膜在 0. 5mol/LNaCl溶液中的阻抗随浸泡时间的变化,光电子能谱技术测定了经浸泡 1008h后的纳米膜中各元素相对百分含量和价态.结果表明:在中性或碱性条件下,厚度为 375~464nm的纳米膜其耐腐蚀性随浸泡时间的延长呈现初期增加而后稳定,浸泡 48h后腐蚀电流较之浸泡初期降低 2个数量级,耐腐蚀电阻增加 2个数量级,在浸泡 1 008h内没有发现腐蚀的产物,Fe是以原子态扩散到膜中.     

Ti/SnO2+Sb2O3/Fe-PbO2电极电催化性能研究

制备了Ti/SnO2+Sb2O3/Fe-PbO2阳极,采用SEM、XRD和ICP对电极的表面形貌和组成进行了表征.为了考察电极的电催化活性,以苯酚为目标污染物,进行了电催化降解实验.研究结果表明Ti/SnO2+Sb2O3/Fe-PbO2电极电催化降解苯酚模拟废水的最佳工艺条件为:电流密度10mA/cm2、支持电解质Na2SO4浓度0.05 mol/L、温度25℃.在25℃时苯酚的电催化氧化降解反应遵循一级反应动力学规律,并且苯酚的电催化氧化主要是·OH参与的间接氧化,反应过程中电极表面产生的羟基自由基对苯酚的氧化去除起着主要作用.     

Ti/nano TiO_2-ZrO_2修饰电极电催化还原马来酸制备丁二酸

采用溶胶-凝胶法制备高活性Ti基纳米TiO2-ZrO2膜电极.通过X射线衍射分析表明,纳米TiO2-ZrO2粉体呈微-纳二级结构.扫描电子显微镜测试表明,颗粒平均尺寸约为30 nm.通过循环伏安和恒电流电解技术研究发现,Ti/nanoTiO2-ZrO2电极对马来酸电催化还原制备丁二酸的活性要高于Ti/nanoTiO2电极,反应过程受扩散控制.以钛基氧化钌电极为阳极,Ti/nano TiO2-ZrO2膜电极为阴极进行恒电流电解实验.结果表明,控制电流密度20 mA cm-2,温度60℃,丁二酸的产率达到96%.     

Ti/TiO_2纳米管阵列/PbO_2-Pr电极制备及在电氧化有机废水中应用

以二氧化钛纳米管阵列(TiO_2NTs)为基体,利用脉冲电沉积的方法将Pr掺杂的PbO_2修饰到TiO_2NTs管中,制备出新型电极材料Ti/TiO_2NTs/nanoPbO_2-Pr用来降解有机废水。通过循环伏安测试(CV)和线性伏安法(LSV)等手段对电极性能进行评估,研究表明,新型电极材料Ti/TiO_2NTs/nanoPbO_2-Pr具有高的电催化活性。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对其进行表面形貌、晶形结构和元素组成进行研究。结果表明,通过脉冲电沉积成功将Pr-PbO_2沉积到TiO_2纳米管中,其中元素Pr是以Pr_2O_3形式存在。亚甲基蓝降解实验证明,Ti/TiO_2NTs/nanoPbO_2-Pr电极降解120min后亚甲基蓝的去除率高达99.8%。     

葡萄糖在Ti/NanoTiO_2-ZrO_2修饰电极上电催化氧化

在无水乙醇和乙酰丙酮混合溶液中,电解Ti金属制得前驱体Ti(OCH2CH3)4-y(acac)y,再加入ZrCl4,将上述溶液直接水解、干燥后,在450℃煅烧2 h,粉体通过X射线衍射(XRD)分析表明:纳米TiO2-ZrO2粉体呈单分散结构。扫描电子显微镜(SEM)测试表明,颗粒平均尺寸为30~40 nm。通过溶胶-凝胶法制得高活性的Ti/NanoTiO2-ZrO2修饰电极,采用循环伏安研究发现,Ti/NanoTiO2-ZrO2电极对葡萄糖氧化具有高催化活性。在NaBr电解液中,Br-在Ti/NanoTiO2-ZrO2电极表面氧化为Br2,Br2间接电氧化葡萄糖。     

NaCl溶液中纤连蛋白在TiO_2表面吸附的动力学模拟

对NaCl水溶液环境中,纤连蛋白(FNIII_(10))分子在金红石型TiO_2 (110)表面的吸附行为进行了分子动力学模拟.根据模拟溶液各成分与TiO_2表面原子之间的径向分布函数、离子在水溶液中的扩散系数及FNIII10和离子的吸附构象等相关参数发现,分布于TiO_2表面的稳定双层水分子是固液界面的主要特征,FNIII10分子通过天冬氨酸残基侧链末端的羧基基团(COO~-)同表面Ti原子之间的强相互作用,结合赖氨酸残基侧链及位于FNIII_(10)始端的精氨酸残基N端的氨基基团(NH_3~+)与表面桥氧原子之间的氢键作用,牢固地吸附在TiO_2表面.溶液中吸附在TiO_2表面的Na~+可与羧基氧原子配合形成稳定的吸附构型,而分布在第二水层外侧的Cl-对纤连蛋白分子在TiO_2(110)表面的吸附点位基本无影响.