电催化.pptVIP

* 所谓电催化，是使电极、电解质界面上的电荷转移而加速反应的一种催化作用。 电催化高级氧化技术是最近发展起来的处理有毒难生化降解污染物的新型有效技术，它通过阳极直接降解有机物或阳极反应产生羟基自由基(·OH)、臭氧一类的氧化剂降解有机物，这种降解途径使有机物分解更加彻底，不易产生毒害中间产物，更符合环境保护的要求。 直接电化学转化通过阳极氧化可使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质，阴极还原则可从水中去除重金属离子。这两个过程同时伴生放出H2和O2的副反应，使电流效率降低，且很少产生羟基自由基，处理效率不理想。但通过电极材料的选择和电位控制可加以防止。 化学转化 间接氧化 是通过阳极在 高电势下产生 的羟基等自由 基与污染物分 子作用，这种 自由基是具有 高度活性的强氧化剂或催化剂，通过对有机物产生脱氢、亲电子和电子转移作用，形成活化的有机自由基，产生连锁自由基反应，使有机物迅速完全降解，故也称为电化学燃烧。 化学燃烧 所谓电极，是指与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，它既是电子贮存器，能够实现电能的输入或输出，又是电化学反应发生的场所。电化学中规定，使正电荷由电极进入溶液的电极称为阳极，使正电荷自溶液进入电极的电极成为阴极。在阳极发生氧化反应，而在阴极发生还原反应。 催化电极组成和结构 1. 基础电极 所谓基础电极，也叫电极基质，是指具有一定强度、能够承载催化层的一类物质。一般采用贵金属电极和碳电极。基础电极无电催化活性，只承担着作为电子载体的功能。 高的机械强度、良好的导电性和与电催化组成具有一定的亲和性是对基础电极基本的要求。 2. 表面材料 目前已知电催化电极表面材料主要涉及过渡金属及半导体化合物。它们的共同作用就是降低复杂反应的活化能，达到电催化的目的。而半导体的特殊能带结构使产物不易被吸附在电极表面，所以氧化速率还要高于一般电极。 电极对催化材料的要求有：反应表面积要大；有较好的导电能力；吸附选择性强；在使用环境下的长期稳定性；尽量避免气泡的产生；机械性能好；资源丰富且成本低；环境友好。 3. 载体 基础电极与电催化涂层有时亲和力不够，致使电催化涂层易脱落，严重影响电极寿命。所谓电催化电极的载体就是一类起到将催化物质固定在电极表面，且维持一定强度的一类物质。 4. 电极表面结构 电催化电极的表面微观结构和状态也是影响电催化性能的重要因素之一。而电极的制备方法直接影响到电极的表面结构。无论是提高催化活性还是提高孔积率，改善传质、改进电极表面微观结构都是一个重要手段，因而电极的制备工艺绝对是非常关键的一个环节。 催化电极的材料 1. 金属电极 金属电极是指以金属作为电极反应界面的裸露。电极，除碱金属和碱土金属外，大多数金属作为电化学电极均有很多研究报道，特别是氢电极反应。 2. 碳素电极 3. 金属氧化物电极 导电金属氧化物电极具有重要的电催化特性，这类电极大多为半导体材料，实际上对这类材料性质的研究是以半导体材料为基础建立的。 4. 非金属化合物电极 一般所说的非金属电极是指硼化物、碳化物、氮化物、硅化物、氯化物等。非金属材料作为电极材料，最大的优势在于这类材料的特殊物理性质，如高熔点、高硬度、高耐磨性、良好的腐蚀性以及类似金属的性质等。 催化电极的特性 电极在电化学处理技术中处于“心脏”的地位，电催化特性是电化学处理技术用电极的核心内容。我们既希望电极对所要处理的有机物表现出高的反应速率，又要有好的选择性。 催化电极的功能：既能导电，又能对反应物进行活化，提高电子的转移速率，对电化学反应进行某种促进和选择。因此，良好的电催化电极应该具备下列几项性能： * * *