改性碳纳米管-钛电极的制备及电催化氧化应用

摘要

为了提高二氧化铅（PbO₂）电极的电催化氧化能力,以预处理钛板（Ti）为基体,通过构建全氟磺酸-碳纳米管（Nafion-CNTs）中间修饰层,采用电沉积技术制备了镧掺杂二氧化铅改性电极（Ti/Nafion-CNTs/La-PbO₂）,并评估了其对典型有机污染物甲基橙（MO）和苯酚（PhOH）的电催化降解性能.结果表明,该电极具备优良的物理化学特性.红外光谱分析结果证实,经酸洗活化的碳纳米管（CNTs）表面引入了羟基与羧基等亲水性官能团,有效提升了其表面活性和与基体的结合能力.扫描电子显微镜（SEM）观察显示,电极表面的La-PbO₂催化层由尺寸约5μm的不规则颗粒状晶体紧密堆积而成,形成了粗糙且高比表面积的微观结构. X射线衍射（XRD）谱图进一步表明,镧元素已掺杂进入PbO₂的晶格中,引起了明显的晶格畸变,这有助于产生更多的催化活性位点.电化学性能测试结果表明,该改性电极展现出优异的电催化活性.与未改性电极相比, Ti/Nafion-CNTs/La-PbO₂电极具有更低的电阻率和更高的羟基自由基（·OH）产率,强化了其降解能力.在降解MO的实验中,该电极表现出极高的效率,反应20 min即实现70.52%的去除率,反应60 min后降解趋于完全.以PhOH为目标污染物,进一步考察了操作条件对降解效率的影响.结果表明, PhOH的去除率与施加电流密度呈正相关.同时,在电极间距为10 mm、溶液pH值为6的弱酸性条件下,电极可获得最优且稳定的PhOH去除效果.

关键词

钛基电极 / 碳纳米管 / 全氟磺酸 / 电催化氧化