电沉积β-PbO2及其性能研究

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PbO2电极具有耐腐蚀性好、导电性强、析氧过电位高、催化性能好、制作成本低等优点,广泛地应用于铅酸电池、电合成和环境保护等领域。本文以经过预处理的304型不锈钢为基底,采用电沉积方法制备了Ni/α-PbO2/β-PbO2和纳米多孔PbO2镀层。结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)等表征手段,探讨了制备条件对镀层的表面形貌及结构的影响规律,并采用阳极极化曲线法研究了Ni/α-PbO2/β-PbO2和纳米多孔PbO2电极的电催化氧化4-甲基吡啶和苯酚性能。主要工作如下:1.电沉积制备Ni/α-PbO2/β-PbO2在经过机械抛光、除油、除氧化膜活化等前处理的不锈钢基底上,依次电沉积Ni、α-PbO2和β-PbO2层,沉积时间均为60~1200 s。各镀层的沉积条件如下:(1)Ni:溶液组成为0.6 mol/L NiSO4·6H2O,0.6 mol/L H3BO3,0.3mmol/L十二烷基硫酸钠,pH 4.0,温度45~60℃,以不锈钢为阴极,Ni片为对电极,电流密度20 mA/cm2;(2)α-PbO2:溶液为PbO在3.5 mol/L NaOH的饱和溶液,30℃,以不锈钢/Ni为工作电极(阳极),Pt片为对电极,阳极电流密度10 mA/cm2;(3)β-PbO2:溶液为0.6 mol/L Pb(NO32,0.4 mol/L HNO3,0.01 mol/LNaF,温度65℃,以不锈钢/Ni/α-PbO2为工作电极(阳极),铅片为对电极,恒电位1.6 V(vs.SCE)沉积。2.Ni/α-PbO2/β-PbO2的表面形貌、结构及其性能XRD分析表明酸性条件下得到的活性层主要是β-PbO2。添加Ni、α-PbO2镀层对活性β-PbO2的晶面择优和表面形貌有显著影响。但添加层沉积时间对β-PbO2的表面形貌没有明显影响。在1.0 mol/L H2SO4+4-甲基吡啶溶液中,添加层Ni、α-PbO2镀层及其沉积时间对Ni/α-PbO2/β-PbO2电极电催化氧化4-甲基吡啶的活性有显著的影响。当添加层Ni、α-PbO2和β-PbO2的沉积时间分别为300 s、240s和400 s条件下得到的Ni/α-PbO2/β-PbO2电极电氧化4-甲基吡啶的活性最高。3.电沉积纳米多孔PbO2镀层及其性能在0.4 mol/L HNO3+0.01 mol/L NaF+(1~200)mmol/L Pb(NO32的溶液中,在高度阳极极化条件下,首次采用恒电位沉积法制备具有均匀分布的纳米孔表面形貌的PbO2镀层,研究了沉积电位、镀液中pb2+离子的起始浓度、沉积温度以及沉积时间PbO2镀层表面形貌的影响。结果表明沉积电位、pb2+离子浓度、镀液温度和沉积时间对纳米孔的形成都有影响,沉积过程中阳极析出的氧气泡在纳米孔的形成中有重要作用。控制沉积电位在2.5~4.5 V(vs.SCE)、镀液温度在30~60℃、沉积时间在3~20s以及pb2+离子浓度在3~40 mmol/L范围内,可以电沉积得到具有纳米多孔结构的PbO2薄膜。XRD结果表明PbO2镀层中只检测到β-PbO2的存在。在1.0 mol/L H2SO4+苯酚溶液中,阳极极化曲线结果表明纳米多孔PbO2电极电催化氧化苯酚的活性比电沉积的纳米PbO2电极更好。
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