手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

石墨纤维中间层钛基氧化物阳极研究

薛彩霞

   现代电化学工业中许多生产过程需在强酸的环境中进行,由于酸性溶液的强腐蚀性和阳极放氧的强氧化性,使得满足工业条件的阳极材料十分稀少,优良的阳极要求具有导电性高、催化活性好、寿命长、表面积大、价格低和污染小等优点。目前国内外研究较广泛的耐酸不溶性阳极类型多是以钛为导电基,此种阳极的主要缺点是在电解使用过程中,阳极放出的氧使钛钝化而导致电极电阻增大,电极失效。 本文提出了一种以钛为基体,SnO_2+Sb_2O_4+GF(石墨纤维)为中间层,PbO_x或MnO_x为活性层的电极,采用热分解和电沉积组合技术制备了Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/PbO_x和Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/Mno_x阳极。利用SEM、XRD和XPS等手段对上述电极表面形貌、结构物相、组成价态进行了表征;采用快速寿命实验考察了该电极在1.0 mol/L H_2SO_4溶液中4A/cm~2下的预期使用寿命;采用三电极体系测定了上述电极在不同溶液中的循环伏安曲线,同时利用循环伏安曲线求得了电极表面的分形维数、活化能、氢离子反应级数和动力学参数等;并对析氧反应机理进行了探讨。结果表明: (1)Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/PbO_x和Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/MnO_x电极在1.0mol/L H_2SO_4溶液中,工业电流密度下(1000A/m~2)预期使用寿命分别约为22年和3.65年,上述两种电极寿命均比一般氧化物电极的寿命长,尤其前者更为明显。 (2)Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/PbO_x电极的析氧动力学参数a、b、i_0依次为0.238V、0.737V和4.75×10~(-1)A/cm~2;Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/MnO_x电极a、b、i_0分别为0.395V、1.261V和7.70×10~(-3)A/cm~2。两者相比,前者的a、b较小,i_0较大。因此,Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/PbO_x的电催化性能更好。 (3)Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/PbO_x电极和Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/MnO_x电极在强酸溶液中的平均活化能分别为14.21 kJ/mol和28.01 kJ/mol,较一般的化学反应活化能低。因此该电极的析氧电催化性能较好。 (4)Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/PbO_x电极和Ti/SnO_2+Sb_2O_4+GF/MnO_x电极在强酸性溶液放氧反应中H~+的反应级数约为零。 (5)Ti/PbO_x类电极OER的历程如下: PbO_(2-X)+H_2O→PbO_(2-X)(·OH)+H~++e~- PbO_(2-X)(·OH)→PbO_(2-X+1)+H~++e~- PbO_(2-X)(·OH)→PbO_(2-X)+H~++e~-+1/2O_2 PbO_(2-X+1)→PbO_(2-X)+1/2O_2 其中,第一步为速度控制步骤,动力学表达式为: i=4k_aF exp[(1-α)F△ψ/RT]-4Fk_c′exp[(1-α)F△F△ψ/RT]……   
[关键词]:氧化物电极;石墨纤维;析氧机理;耐酸阳极
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:太原理工大学2007年