稀土Nd改性纳米TiO2-NTs/SnO2-Sb电极的制备、结构及性能

作者：杨莉莎; 刘俊峰; 黄琳琳; 郭嘉钰; 冯玉杰^*; LOGAN Bruce

来源：环境工程学报, 2018, 12(08): 2161-2169.

• TiO2-NTs/SnO2-Sb电极
• Nd掺杂
• 氧空位
• 电催化氧化

采用溶剂热法制备了稀土Nd掺杂TiO2-NTs/SnO2-Sb电极,以苯酚作为典型有机物,考察了电极组成、结构与电极电催化效能的关系,实验结果表明,Nd的掺杂量对电极电催化性能有较大的影响,当前驱液中Nd/Sn原子摩尔百分比为3%时,电极的电催化活性最佳,对苯酚浓度及TOC的降解速率较空白电极(Nd0%)提高了60%及52%。利用SEM及XRD分析方法对所制备的电极进行了形貌及晶形结构的表征,并计算了电极表面SnO2晶胞参数以及平均粒径,结果显示,适量地掺杂Nd元素后,电极表面更加致密,SnO2平均粒径变小。通过XPS分析电极表面元素组成,并计算电极表面吸附氧含量,结果表明,由于Nd元素的存在,降低了涂层中晶格氧(Olat)的含量,减弱了电子的吸引作用,促使了Sn4+周围电子云密度升高,从而电极表面Sn元素特征衍射峰表现为向低结合能方向偏移。与空白电极(Nd0%)相比,改性后的电极(Nd3%)涂层表面Sb含量下降,且吸附氧(Oads)含量上升,为空白电极的1.6倍。EPR测试结果进一步证实了改性后电极性能提高的机制,Nd元素的引入,增加了电极涂层表面氧空位的浓度,使得电极涂层表面各元素的化学环境发生改变。掺杂改性后,电极的析氧电位以及产羟基自由基能力均得以提升,从而促使电极催化活性大大增强。

• 单位
  哈尔滨工业大学; 城市水资源与水环境国家重点实验室; 土木与环境工程系