碳纳米管改性Sb―SnO2Ti电极制备及性能

碳纳米管改性St—SnO2Ti电极制备及性能

DOI：10.15938/j.jhust.2017.03.019

：In order to improve the electrocatalytic oxidation activity and stability of SbSnO2/Ti electrode ，the CNTsSbSnO2/Ti electrode was prepared by solgelthermal decomposition method. The microstructure and electrochemical properties of the modified electrode was characterized via SEM ，electrochemical impedance spectroscope （EIS），polarization curve and congo red degradation experiments. Furthermore ，its the stability was investigated by accelerated life test. The results indicate that when the optimal doping amount of CNTs is 2.0g/L the congo red removal rate increases by 14.7% using the CNTsSbSnO2/Ti electrode compared with the SbSnO2/Ti electrode. Meanwhile pore structure appears and roughness increases on the surface of modified electrodes leading to larger specific surface area of electrode. Then the modified electrodes exhibit higher oxygen evolution potential and lower charge transfer resistance. Additionally ，accelerated life tests reveal that the modified electrode has better electrocatalytic stability

while the service life increases by 27h.

Keywords：inorganic nonmetalic material ，SbSnO2 electrode ，carbon nanotube ，electrocatalytic activity

0 引言

电催化氧化技术因其具有反应速率快、效能高、操作简单和环境友好等优点，引起了国内外学者的关注，并被应用于有机废水处理的研究中[13] 。其中，阳极电极材料是电催化氧化技术的核心部分。在众多电极材料中，SbSnO2/Ti 电极具有较高的析氧电位，较强的产？0H能力以及较低成本，而成为理想的金属氧化物电极[46] 。为了进一步提高SbSnO2/Ti 电极的电催化活性和稳定性，研究者其对进行改性研究。目前，有研究者采用金属元素掺杂对该电极进行修饰[710] ，修饰后电极的电催化活性和稳定性均有一定程度提高。

目前，由于碳纳米管（CNTS具有较高的导电性，较高的化学稳定性和机械强度而引起众多研究人员的广泛关注[1113] 。CNTs改性电极也具有优异的电化学活性，例如，段小月等[14] 利用CNTs掺杂改性PbO2电极，改性后电极具有更高的电催化活性和稳定性。但是，PbO2电极在使用过程中会有Pb溶出，会造成水体污染，本论文试图利用CNTs对SbSnO2/Ti电极进行改性，考察CNTs 掺杂量对电极性能的影响，以期获得电催化活性和稳定性能优异的电极。

1 实验

1.1 实验试剂及材料

实验所用药品刚果红，SnCI4?5H2Q草酸，无水Na2S0（天津市致远化学试剂XX公司），Sb2O3（广东汕头西陇化工厂），聚乙二醇400（天津市光复精细化工研究所），均为分析纯；浓HCI（37% ;碳纳米管（深圳市纳米港XX公司）为工业纯。配制溶液所用水均为去离子水。钛板（4cm^ 6cm）1mm厚（宝鸡钛都有色金属XX公司），纯度为99.97%。

1.2电极制备

1.2.1 预处理

CNTs预处理：为了增加CNTs的分散性，使其更容易分散在

溶胶中，将CNTs放入混酸中（H2SO4 HNO3=1 3, V/V）在140C 回流2h 使其部分羧化，然后水洗至中性，真空干燥后研磨?溆谩? 电极板预处理：依次用80 目，200 目，600 目的砂纸将钛板打磨光亮后放入10%（质量分数）的草酸溶液中煮沸刻蚀2h,用去离子水洗净保存于1%草酸溶液中备用。

1.2.2CNTs 改性SbSnO2/Ti 电极的制备

1）溶胶制备：采用溶胶-凝胶法制备溶胶，即先用浓HCl将17.5gSnCI4?5H2O 0.44Sb2O3溶解，在柠檬酸存在的条件下，配制成100mL水溶液。再将12mL浓氨水，在搅拌条件下，溶于

600mL蒸馏水中。将配制的SnCl4溶液滴加到氨水溶液中得到白色沉淀;经陈化，过滤，洗涤干燥后，得到溶胶前驱体。再以草酸作胶溶剂，并加入适量聚乙二醇，浓缩后得到溶胶。向溶胶中加入羧化后的

CNTs超声30min，使CNTs均匀分散在溶胶中，得到CNTs-溶胶混合液，CNTs的加入量分别是0.4 , 1.2 , 2.0 , 2.8 ，3.6g/L 。

2）涂覆-焙烧：将上述混合液涂覆在预处理好的钛板上，烘干后放入马弗炉程序升温（2C /min）至500 C，首次焙烧2h。继续重复15次，每次焙烧1h,最后一次焙烧2h,得到CNTsSbSnO2/Ti电极，按CNTs掺杂量不同将制得的电极分别记为（0.4）CNTsSbSnO2/T，i （1.2）CNTsSbSnO2/T，i （2.0）CNTsSbSnO2/T, （2.8 ）CNTsSbSnO2/Ti和（3.6 ）

CNTsSbSnO2/T, 不掺杂CNTs的电极记为SbSnO2/Ti。

1.3电极表征

使用Sirion200型扫描电子显微镜（SEM荷兰FEI公司）对所制备的电极表面形貌观察分析。

1.4电极电催化氧化性能测试电催化氧化性能测试在自制无隔

膜有机玻璃反应器中进行，

以兆信RXN305［直流稳压电源作电源，以体积为500mL的

100mg/L刚果红溶液为目标降解废水，以0.1mol/L Na2SO4为支

持电解质，上述制备的电极为阳极，相同尺寸的Ti 板为阴极，电极间距为5cm电流密度控制为20mA/cm2电解时间为60min, 每隔15min 取样测定溶液在刚果红最大吸收波长入=498nm处的

吸光度，并计算相应刚果红的去除率。

1.5电极电化学性能分析

1）极化曲线测试。采用三电极体系，以SbSnO2/Ti 电极或