苯酚在Sb3+掺杂SnO2-C／Ti电极上的氧化研究

苯酚在Ｓｂ３＋掺杂ＳｎＯ２－Ｃ／Ｔｉ电极上的氧化研究

作者：王钦建刘慧勇刘茜

来源：《海峡科学》2008年第06期

[摘要] 采用溶胶-凝胶法合成Sb掺杂SnO2胶体前趋体，经活性炭吸附后制备炭载氧化物复合电催化剂。X－射线粉末衍射(XRD)法研究表明，炭载复合电催化剂中的氧化物是四方晶系金红石结构SnO2，Sb的掺杂可减少n型半导体SnO2的带宽，提高电催化活性；同时使得苯酚在电极上氧化表观活化能从10.01kJ?mol-1降至9.01kJ?mol-1；循环伏安（CV）法研究表明，苯酚在Sb掺杂SnO2－C/Ti电极上的氧化峰电流与扫描速率平方根之间是线性关系。

[关键词] 苯酚电化学氧化 SnO2

1 引言

苯酚是一种生物难降解的有机物，也是当前污水处理中影响广泛、危害较大的污染物之一。电化学氧化技术因其能量效率高、便于自动控制、利于环保等特点而成为极具发展前景的废水处理技术之一。苯酚的电催化氧化效率取决于氧化电极的活性物质，常见活性物质有Pt [1~4]、Au[2，3]、Ag[4]和它们的合金如Ni-Nb-Pt-Sn[5]等。近来，钛基金属基体表面涂敷导电金属氧化物电极，如氧化铅、氧化钌等，具有重要的电催化特性，是用于处理污染物具有发展前景的电催化电极。但由于贵金属电极的价格高昂，成为制约其推广应用的瓶颈。

本论文设计的炭载金属氧化物复合电催化剂，提高了催化剂的电导与利用率，并从中研究苯酚在其表面上的电化学行为。

2 实验部分

2.1 实验仪器

CHI627b 电化学测试仪(中国) ; T6双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器公司) ；IM6电化学工作站（德国）。

2.2 材料预处理

本实验采用Vulcan XC-72 炭黑(美国Cabot 公司)作为载体,研磨过300目筛,用0.02mol/L的NaOH溶液煮沸、过滤、洗涤，再用0.1M硝酸煮沸，用蒸馏水洗涤后备用。

钛片分别用砂纸打磨、经过碱洗除油、15%草酸刻蚀后备用。

2.3 电催化剂制备

计量称取四氯化锡和三氯化锑（Sb 5wt%）溶于1M HCl中，再加入适量水和乙醇，超声波震荡5min，在35℃-40℃水浴下用1∶10的氨水调节至pH=0.7左右，制得二氧化锡胶体。按一定C、Sn比例称取所需的预处理过的活性炭，加入到胶体溶液中。搅拌6个小时后，抽滤、洗涤至溶液中无氯离子，再进行干燥。在氮气氛保护下，于500℃下热处理半小时即得所需的电催化剂。

2.4 电极制备

将电催化剂、6%的PVDF溶液和异丙醇混合，配成0.01mg/uL异丙醇溶液，PVDF占催化剂量的10%，震荡半个小时，使催化剂混合均匀。吸取2μl催化剂均匀地涂在处理过的钛片上（0.25cm× 0.25cm），风干后放入烘箱中于180℃下干燥半个小时，即得SnO2-C/Ti电极。

2.5电催化性能的评价

采用三电极体系，上述电极作为工作电极，铂电极为对电极，饱和KCl的Ag/AgCl为参比电极，电解质为109mg/L的苯酚+0.5M H2SO4溶液，用电化学分析仪进行线性扫描（LSV）及循环伏安(CV)测试，无特殊说明，扫描速率均为50mV/s。

2.6 XRD测试

X’Pert MPD Pro.（荷兰Philips公司）型X射线衍射仪，Cu Kα（Kα1=15.4056nm）为线源，在管电压为40 kV、管电流为40 mA条件下做物相分析，扫描速度4°/min，步长为0.02。

3 结果与讨论

3.1 相分析

图1 SnO2-C催化剂的XRD谱图

图1为所合成的炭载SnO2催化剂的XRD图，图中在2θ为26.67、33.79、51.87处出现3个尖锐的峰，分别为SnO2的（110）、（101）和（211）晶面的衍射峰，对应d值为3.34、2.64、1.76，与金红石型SnO2的标准衍射峰对应的理论d值3.35、2.64、1.76相吻合，这说明本实验方法所合成的样品中，金属氧化物的相态是四方晶系金红石结构SnO2。

3.2 线性扫描分析

图2是SnO2-C/Ti系列电极在0.6V～1.2V之间的线性扫描图，在0.75V与1.05V处是苯酚及其中间物的氧化峰。Sb掺杂后，苯酚的氧化峰电流明显高于未掺杂的电极，这是由于掺杂