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金属元素改性纳米TiO_2高氢过电位电极制备及其电催化性能研究

孙婉莹  
【摘要】:电催化还原有机物在环境治理、生物医药领域都有广泛应用。电还原带有双硫键的L-胱氨酸,传统常用Pb电极作工作电极,但在酸性电解液中工作存在Pb2+污染和发生析氢副反应能量损耗的问题。考虑到Ti02在酸性介质中的稳定性和较高的光电催化活性,但存在析氢过电位不够高的问题,本工作拟通过溶胶-凝胶法制备掺杂金属元素Ce、La、Sn、Bi改性的纳米TiO2电极,提高TiO2电极的析氢过电位,提升电极电催化活性。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征纳米TiO2电极表面形貌、晶体结构,以循环伏安测试、极化曲线测试作为电化学分析手段,探究改性电极对L-胱氨酸的电催化还原性能。得到的主要结果如下:(1)单独掺杂Ce、La和Sn元素改性TiO2电极,皆能在一定程度上提高电极的析氢过电位和电催化活性,其中掺杂Ce/Ti摩尔比0.01、La/Ti摩尔比0.005、Sn/Ti摩尔比0.01和0.02的改性电极析氢过电位高、对L-胱氨酸的电还原活性高。(2)La-Sn、Ce-Sn、Ce-La共掺杂金属元素改性电极,对L-胱氨酸的电催化还原活性高。其中La-Sn、Ce-Sn共掺杂电极,析氢过电位在0.9V以上,最高可达1.2V,CV曲线中还原峰电流密度可达15mA/cm2,电极电催化稳定性也高于其他电极。(3)单独掺杂和双元素共掺杂,皆可提高电极析氢过电位约10mV-300mV(电流密度为10mA/cm2),烧结温度对改性电极析氢过电位和电催化活性有明显影响,相同掺杂元素相同浓度的改性电极,500℃C烧结得到的电极,电催化性能最好。


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