[发明专利]一种掺杂金属离子的三维大孔结构的PbO2电极的制备方法

说明书

本发明为一种掺杂金属离子的三维结构的二氧化铅电极的制备方法。该方法将采用恒电位法，利用析出的氧气泡作为动态模板，通过对电位和沉积时间的控制，将锰、铈、镧、铋、铁、钴等元素的金属氧化物和PbO₂均匀地共沉积到基体表面，制得掺杂不同金属离子的三维大孔结构的PbO₂电极。以制得的三维大孔结构M/PbO₂电极为阳极(M代表不同的金属离子)，对茜素红进行电催化降解，其去除率可达88％～95.1％。与三维结构纯PbO₂电极相比，本发明得到的这种新的电极材料在有机物降解处理中具有更好的效果。

技术领域

本发明涉及的是一种掺杂金属离子的三维大孔结构的二氧化铅电极的制备方法。

背景技术

随着科学技术及工业化的迅速发展，传统阳极材料表现出的局限性越来越多，例如铂金电极的成本太高，石墨基电极的耐腐蚀性较差等，不能再满足现代工业中低消耗高产出、低投入高回报、绿色环保无污染的需求，因此寻找一种价格低廉、耐腐蚀性能良好、催化能力强且环境友好型的新型阳极材料迫在眉睫。

二氧化铅电极，因其具有析氧过电位较高、耐腐蚀性较好、稳定性较好、氧化能力较强、导电性良好及价格低廉等优点，在电化学领域如铅酸蓄电池、电化学合成及有机污染物废水处理等方面有着重要的应用，也越来越受到研究者的关注。早期使用的钛基二氧化铅，钛基与二氧化铅之间没有中间层，这导致了电极之间内应力较大，易脱落，稳定性低，大大缩短了电极的使用寿命，影响了电极在电催化领域的应用。为了克服上述缺点，研究者们在基体和二氧化铅层之间增加了锡锑中间层。但是这种电极的催化性能仍然较低，为了进一步提高二氧化铅电极的催化性能，研究者们通过在电极的活性镀层中掺杂Bi³⁺、Co²⁺、Ce³⁺、La³⁺、Fe³⁺等一些特殊离子，利用金属离子自身的导电性和催化活性，以此来改善电极的电催化活性，增强对有机污染物的降解能力。但是通过上述方法制得的二氧化铅电极均为二维平面结构，电极有效电催化活性面积仍然较小，对电催化性能的提升作用有限。而三维大孔结构具有较大的传输通道，有利于污染物分子进入孔道内，有效扩大电极的电催化面积，目前已经成为二氧化铅电极研究的一个全新方向。

本课题组先前在阳极利用氧气泡模板制备出了三维结构的二氧化铅电极(Preparation and Electrocatalytic Performance of Three-Dimensional PorousStructure PbO₂Electrodes Using Oxygen Bubble as Dynamic Templates.Yingwu Yao,Xin Chen,Naichuan Yu,Haishu Dong,Haoren Wang.ISSN:0013-4651)。该电极具有连续贯通的三维大孔结构，极大地提高了电催化面积，从而提高了电极的电催化活性和催化效率。随后本课题组通过复合ZrO₂纳米颗粒，采用气泡模板复合电沉积技术，得到了三维结构的PbO₂-ZrO₂的复合电极(Preparation and Characterization of a Porous StructurePbO₂-ZrO₂Nanocomposite Electrode and Its Application in ElectrocatalyticDegradation ofCrystal Violet.Yingwu Yao,Chunjiao Huang,Xin Chen,Feng Wei,HuailiangFeng.ISSN:0013-4651)。通过在三维结构的PbO₂电极中复合ZrO₂纳米颗粒，以此来提高三维结构电极的稳定性。但是，由于ZrO₂为惰性纳米颗粒，对电极的电催化性能提升有限。

发明内容