[发明专利]一种利用稀土铕改性钛基二氧化锡涂层电极的制备方法

说明书

一、发明名称： 

一种利用稀土铕改性钛基纳米二氧化锡涂层电极的制备方法 

二、技术领域：

众所周知，利用电化学氧化技术处理难以降解的有机物废水具有十分重要的研究意义。自电化学水处理技术诞生以来，具有优良电化学催化效率的阳极材料始终是科学界与工业界关注的中心问题。钛基二氧化锡涂层电极是当前应用最为广泛的金属氧化物电极，与传统的金属电极、碳素电极等电化学阳极材料相比，具有良好的抗腐蚀性、较高的析氧电位。本发明提出了一种在电化学水处理领域，利用稀土铕改性钛基纳米二氧化锡涂层电化学阳极的制备方法。一方面，通过引入二氧化锡纳米颗粒，增加涂层电极的活性表面积，改善阳极的电催化活性；另一方面，稀土元素具有独特的4f电子层结构，其优良的催化性能已被研究证实，由此产生的新思路是在钛基板表面涂覆导电性与电催化活性良好的稀土元素。通过三价稀土离子优良的物理化学性质，改善传统钛基二氧化锡涂层电极，降低界面电阻，提高阳极导电性能；提高传统钛基二氧化锡涂层电极的析氧电位，改善有机物的阳极氧化降解效率。本发明正是基于以上考虑，研究了稀土铕离子改性钛基纳米二氧化锡电极的制备方法，同时为其他稀土离子改性钛基纳米二氧化锡涂层电极的制备提供了一种新思路。 

三、背景技术：

随着人类社会的发展，人们对环境的影响越来越大，水污染成为当前世界各国亟待解决的问题。近年来，工业废水的多样性和复杂性对传统的生物降解处理污水的方法提出了严峻的考验。上世纪80年代，电化学氧化技术由于其在水处理方面的优异表现，受到了世界各国研究者的关注。电化学氧化技术是利用在水处理过程中产生的具有极强氧化性的活性自由基(如羟基)引发链式反应，进而将有机污染物有效分解，彻底转化为二氧化碳、水等有机物。因其易与其他水处理工艺相兼容，且不产生二次污染等技术优点，受到了广泛的关注，呈现出良好的应用前景。 

阳极在电化学氧化技术中处于至关重要的地位，将高效的电化学氧化技术成功运用到水处理领域，遇到的最大挑战来自于具有优良性能阳极材料的研制。尽管为数众多的阳极材料，如金属电极、碳素电极等都具有氧化有机物的作用，但其处理效果相差极大。一方面，金属 电极在电化学氧化过程中，易发生溶出现象，导致阳极损耗，进而在溶液中引入新的杂质。即使不易溶的惰性电极(铂电极)，也存在着易于污染而导致电极失活等问题；另一方面，碳素电极的抗腐蚀性传统认为优于金属电极，但其电催化效率却远远落后于金属电极。金属氧化物电极是目前在环境污染物去除方面，最具发展前景的电催化电极。相比金属电极，氧化物电极更不易被污染，相比碳素电极，氧化物电极具有更优良的电催化活性。钛基二氧化锡涂层电极作为一种重要的金属氧化物电极，近年来引起了各国研究人员的关注。如何进一步提高钛基二氧化锡涂层电极的析氧电位始终是业界最为关注的问题。高的析氧电位可使氧气难以析出，这就使得一些难氧化的有机物能优先在该电极上氧化降解，有机污染物在电极上直接被氧化降解的几率增大，从而提高电催化效率。稀土元素具有独特的4f电子层结构，其优良的催化性能已被研究证实，由此产生的新思路是在钛基体表面涂覆导电性与电催化活性良好的稀土金属离子与二氧化锡纳米颗粒。一方面，通过三价稀土离子优良的物理化学性质，改善传统钛基二氧化锡涂层电极，降低界面电阻，提高阳极导电性能；提高传统钛基二氧化锡涂层电极的析氧电位，改善有机物的阳极氧化降解效率；提高电极与涂层的结合力，延长电极的使用寿命；另一方面，通过引入二氧化锡纳米颗粒，增加涂层电极的活性表面积，改善阳极的电催化效率。本发明正是基于以上考虑，研究了稀土铕离子修饰钛基二氧化锡涂层电极的制备方法。 

四、发明内容：

我们利用溶胶-凝胶法制备了晶化良好、尺寸均匀的二氧化锡纳米颗粒。制备过程中，通过加入表面活性剂十二烷基硫酸钠形成带负电胶束对，进而在碱性溶液中对缓慢生长的二氧化锡纳米颗粒进行了有效调控。随后，利用酯类前驱液代替传统的醇类前驱液，采用多次涂覆的方法，制备了稀土铕离子改性钛基纳米二氧化锡涂层电极。最后在成功制备涂层电极的基础上，探究了铕掺杂浓度对涂层电极析氧电位的影响，评价了利用1.5mol％铕改性涂层电极作为阳极，对有机污染物硝基苯酚的降解效率。 

本发明的实验过程主要包含以下三个步骤： 

第一步骤：采用溶胶-凝胶法制备纳米尺度的二氧化锡颗粒