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 YANG Lisha;LIU Junfeng;HUANG Linlin;GUO Jiayu;FENG Yujie;LOGAN Bruce

作者机构：哈尔滨工业大学环境学院城市水资源与水环境国家重点实验室哈尔滨150090 宾夕法尼亚州立大学土木与环境工程系美国宾夕法尼亚州16802 

出 版 物：《环境工程学报》 (Chinese Journal of Environmental Engineering)

年 卷 期：2018年第12卷第8期

页      面：2161-2169页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学)自主课题(2018DX01) 黑龙江省科技攻关项目(WB10A401) 

主　　题：TiO2-NTs/SnO2-Sb电极 Nd掺杂 氧空位 电催化氧化 

摘      要：采用溶剂热法制备了稀土Nd掺杂TiO_2-NTs/SnO_2-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SnO_2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,SnO_2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(O_(lat))的含量,减弱了电子的吸引作用,促使了Sn^(4+)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(O_(ads))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。