ATO/SiO2大孔电极的制备及其电氧化性能研究

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本文研究了ATO/SiO2大孔电极的制备及其电氧化性能,以本课题组前人制备的SiO2大孔材料为载体,完成了ATO/SiO2大孔电极材料的制备、表征,利用该电极开展了电氧化降解有机物和水溶性配位阴离子的实验,考察了该电极的电氧化性能。具体研究工作如下:1、利用SiO2大孔材料特殊的结构导向作用和毛细管效应,通过SnCl2和SbCl3前驱物的两步水解和高温烧结方法将原位生成的纳米Sb-SnO2(Antimony-dopedtinoxide,ATO)均匀负载到大尺寸的SiO2大孔材料上,制备出新型ATO/SiO2大孔复合材料。用SEM、HRTEM和XRD等对该新材料进行结构表征,并测定了材料的比表面积与导电性。结果表明:纳米ATO微粒均匀负载在SiO2薄层上而形成具有夹心结构的复合物,经过四次负载体积电阻达到10cm,比表面积达到77m2.g-1。电化学测试表明,大孔ATO/SiO2电极在酸性条件下析氧电位高达2.5V。2、将ATO/SiO2大孔电极应用于电氧化有机物的研究。以甲基橙为目标降解物,考察了ATO/SiO2大孔电极的电氧化性能及甲基橙的降解机理。结果表明:大孔ATO/SiO2电极的导电性能良好且具有催化水分子裂解功能,可以使甲基橙发生电氧化而迅速降解,主要机制是通过偶氮双键的断裂而脱色,降解产物中包含苯磺酸钠和少量的苯胺衍生物。以对氯苯酚为目标降解物,探究了ATO/SiO2大孔电极对对氯苯酚的电催化氧化性能及Fe2+的添加对电催化氧化的影响。结果表明:大孔ATO/SiO2电极对对氯苯酚的降解具有良好的电催化性能,而Fe2+的添加可显著提高羟基自由基的产生率,从而进一步增大该电极的电流效率。3、将ATO/SiO2大孔电极应用于电氧化水溶性配位阴离子的研究。以该电极作为阳极开展了铁、铜、镍三种可溶性金属配合物的电催化氧化研究,用XPS鉴定氧化后的固体产物分别是水合氧化铁、氧化镍和单质铜,溶液中金属离子浓度则用原子吸收方法测定,再通过COD测定来跟踪配体化合物的单独氧化过程,这些金属配合物的电氧化实验结果证明:其中的有机配体如CN-、SCN-和EDTA转变成低毒害物质而加以清除,90%以上的金属离子可转变成铁、镍的氧化物或金属铜加以回收。进一步的研究发现SCN-在大孔电极内部发生脱硫反应,所生成的硫在纳米ATO表面的极化作用诱导下发生歧化反应,生成S2-和SO42-
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