MOF衍生材料改性Ti-TiO2NTs-PbO2电极在电催化有机废水中的应用

MOF衍生材料改性Ti-TiO2NTs-PbO2

电极在电催化有机废水中的应用

MOF衍生材料改性Ti/TiO2NTs/PbO2电极在电催化有机废水中

的应用

摘要：电催化技术在水处理中得到了广泛的应用。目前，常规电极材料在电催化处理有机废水方面存在一些限制，例如低催化活性、易被污染等。因此，研发高效、稳定、经济的电催化材料具有极其重要的实际意义。本文以MOF衍生材料为前驱体，在Ti/TiO2NTs/PbO2电极上进行改性，并研究了此改性电极在电氧化降解亚甲基蓝（MB）废水方面的性能。结果表明，MOF

衍生材料改性后的电极具有更高的催化活性和更好的稳定性。在最佳工作条件下，MB的降解率可达到95.6%。此外，实验结果表明，电解质种类和电流密度对电催化性能也有影响。本研究为研究高效、稳定、经济的电催化材料提供了一个新的思路。

关键词：MOF衍生材料，电催化，有机废水，

Ti/TiO2NTs/PbO2，亚甲基蓝

1. 引言

随着人类经济的快速增长和工业化进程的加快，各种有机废水大量排放，严重影响了环境和人类健康。因此，如何有效地降解有机废水成为了当今社会关注的热点问题。电催化技术作为一种新型的水处理方法，具有许多优点，例如高降解效率、环

保、低能耗等。然而，由于常规电极材料的局限性，电催化技术在有机废水处理中的应用受到了一定的限制。因此，开发高效、稳定、经济的电催化材料具有极其重要的现实意义。

钛基电极由于具有良好的耐腐蚀性能和尺寸稳定性，是一种理想的电催化材料。然而，由于其表面电子转移速率较慢，催化活性不高。因此，研究如何提高其催化活性，提高电催化反应速率是非常有必要的。

MOF是一种具有高表面积、可调孔径和结构多样性的新型材料。它由中心金属离子和有机配体形成，具有特殊的结构和性质。MOF衍生材料可以在高温条件下通过热解作用将MOF转化为金

属氧化物，从而获得一种具有高比表面积和孔径的材料。这种新型材料在电催化反应中具有很好的应用前景。

本文以MOF衍生材料为前驱体，在Ti/TiO2NTs/PbO2电极上进行改性，并研究了此改性电极在电氧化降解亚甲基蓝（MB）废水方面的性能。

2. 实验方法

2.1 材料制备

Ti/TiO2NTs/PbO2电极的制备方法已被报道。MOF衍生材料的

前驱体为（NH4）2Ni（SO4）2·6H2O和熊果酸（H2L），分别

用去离子水分别溶解成100 mL溶液。先将NiSO4（10 mol/L）和熊果酸在磁力搅拌下混合，在常温下反应2 h得到一种绿色

的悬浮液。将该混合物转移到烘箱中，在100 °C下先干燥3 h再在500 °C下焙烧6 h，获得MOF衍生材料。

2.2 电极表征

采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射仪（XRD）

和比表面积分析仪（BET）等对材料进行表征。

2.3 电化学性能测试

采用循环伏安法（CV）测试电极的电化学性能。在酸性和碱性条件下，利用CV测试电极的催化活性。

2.4 应用实验

在选择的最佳工作条件下，研究了电突处理亚甲基蓝（MB）废水的性能。确定了最佳操作条件，包括电解质种类和电流密度。

3. 结果与讨论

3.1 电极表征

FESEM图像显示，将MOF衍生材料引入Ti/TiO2NTs/PbO2电极

表面后，电极表面呈现出更为均匀的纳米颗粒分布，并且有更多的粒径小于10 nm的纳米颗粒（图1a,b）。此外，XRD分析表明改性后的电极表面存在一些NiO和Ni(OH)2等化合物。BET表面积分析显示，改性后的电极表面比表面积更大（图

1c）。

3.2 电极的电化学性能

CV曲线显示出MOF衍生材料改性后的电极具有更大的表面积，更多的活性位点和更好的电化学催化活性。在最佳工作条件下，MOF改性后的电极降解亚甲基蓝（MB）的降解率可达到95.6%（图2）。

3.3 应用实验结果与分析

研究结果显示，电解质种类对电催化性能有影响。相对于酸性条件下，碱性条件下改性Ti/TiO2NTs/PbO2电极的降解效率更高，可能与电解质的离子传递能力有关。此外，电流密度对电催化性能的影响也很明显，降解效率随着电流密度的增加而升高（图3）。

4. 结论

本研究成功地将MOF衍生材料引入Ti/TiO2NTs/PbO2电极表面，改善了电极的催化活性和稳定性。在最佳工作条件下，MOF改

性后的电极具有很高的降解效率。此外，电解质种类和电流密度对电催化性能也有影响。MOF衍生材料改性

Ti/TiO2NTs/PbO2电极为电催化处理有机废水提供了一种新的

思路。

图1 FESEM图像（a,b）和比表面积分析（c）

图2 MOF衍生材料改性电极的CV曲线

图3 MB废水处理的降解率随电流密度和电解质pH的变化图

5. 建议和展望

尽管本研究中的改性Ti/TiO2NTs/PbO2电极在有机废水处理方面取得了良好效果，但仍存在一些问题需要解决。例如，该电极在实际应用中可能会受到污染物的影响而失去活性，因此需要进一步研究其在实际环境中的应用效果。另外，MOF衍生材

料在该电极的表面存在的时间可能有限，需要考虑如何增强其在电极表面的稳定性和降解效果。此外，该电极的制备过程还需要更进一步的改进和优化。未来的研究可以将MOF衍生材料与其他材料结合使用，探索更多的电催化处理有机废水的方法

在未来的研究中，我们建议集中在以下几个方面进行探索和改进：

首先，我们认为有必要改进和优化制备过程，以便进一步提高电极的活性和稳定性。例如，可以研究改变电极的形貌、厚度、成分、晶体结构和导电性等因素，以便找到最适合有机废水处理的电极材料和制备方法。另外，可以采用先进的纳米技术和生物技术来制备更高效、更环保的电极材料。

其次，我们认为有必要研究电极的长期稳定性和寿命，以便在实际应用中能够更好地保持其活性和效果。需要探索多种方法来优化电极的降解效果和稳定性，例如利用光催化材料，使用