Ti_TiO₂NTs_PbO₂电极：制备、改性及亚甲基蓝电催化降解性能研究.docxVIP

Ti/TiO?NTs/PbO?电极：制备、改性及亚甲基蓝电催化降解性能研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，已成为全球关注的焦点。工业废水、生活污水等大量排放，导致水体中含有各种有机污染物、重金属离子等有害物质，严重威胁着人类健康和生态平衡。据统计，全球每年约有大量未经处理的污水直接排入水体，使得许多河流、湖泊和海洋的水质恶化，饮用水安全受到严重威胁。在中国，七大水系的污染程度较为严重，部分河段的水质甚至无法满足基本的生态用水需求。水污染不仅影响水资源的可持续利用，还对农业、渔业、旅游业等产业造成了巨大的经济损失。因此，开发高效、环保的水污染处理技术具有重要的现实意义。

电催化氧化技术作为一种新型的水污染处理技术，具有氧化能力强、反应速度快、操作简单、无二次污染等优点，近年来受到了广泛的关注。该技术通过电极表面的电化学反应，产生具有强氧化性的活性物种，如羟基自由基（?OH）、臭氧（O?）等，能够将水中的有机污染物直接氧化分解为二氧化碳（CO?）和水（H?O），或者将其转化为易于生物降解的小分子物质，从而达到净化水质的目的。在众多的电催化氧化电极材料中，Ti/TiO?NTs/PbO?电极由于其独特的结构和优异的性能，成为了研究的热点之一。

TiO?是一种广泛应用的半导体材料，具有化学稳定性好、催化活性高、价格低廉、无二次污染等优点。其中，TiO?纳米管（TiO?NTs）具有较高的比表面积和独特的纳米结构，能够提供更多的活性位点，有利于提高电极的电催化性能。将TiO?NTs与PbO?复合制备成Ti/TiO?NTs/PbO?电极，不仅可以充分发挥TiO?NTs的优势，还能利用PbO?良好的导电性和高析氧过电位，提高电极的稳定性和电催化活性。因此，研究Ti/TiO?NTs/PbO?电极的制备、改性及其电催化降解有机污染物的性能，对于推动电催化氧化技术在水污染处理领域的实际应用具有重要的理论和现实意义。

1.2国内外研究现状

在Ti/TiO?NTs/PbO?电极制备方面，国内外学者已开展了大量研究。阳极氧化法是制备TiO?NTs的常用方法，通过控制电解液成分、电压、时间等参数，可精确调控TiO?NTs的管径、管长和排列结构。如采用含氟离子的电解液，在合适电压下进行阳极氧化，能获得管径均匀、高度有序的TiO?NTs阵列。而电沉积法是在TiO?NTs表面沉积PbO?的主要手段，通过调整电沉积液组成、电流密度、温度等条件，可改变PbO?的晶体结构和形貌，影响电极性能。

在电极改性研究中，元素掺杂是重要手段。掺入稀土元素（如La、Ce）能显著提升电极的电催化活性和稳定性。La的掺杂可优化PbO?的晶体结构，减少晶格缺陷，增强电极对有机污染物的吸附和氧化能力。复合改性也是研究热点，将碳纳米材料（如石墨烯、碳纳米管）与Ti/TiO?NTs/PbO?复合，可提高电极的导电性和电子传输效率，进而提升电催化性能。

关于电催化降解亚甲基蓝的研究，众多学者探讨了不同因素的影响。研究发现，电流密度增加，亚甲基蓝降解速率加快，但过高会导致能耗增加和电极损耗；溶液pH值对降解效果影响显著，酸性条件下利于?OH的生成，通常降解效果较好；支持电解质种类和浓度也会影响离子迁移和反应速率，选择合适的电解质可提高降解效率。

尽管已有诸多成果，但目前仍存在一些问题。部分制备方法复杂、成本高，不利于大规模生产应用；改性研究多集中在单一改性方式，复合改性的协同效应研究还不够深入；降解机理虽有一定认识，但在复杂体系中，各活性物种的作用机制和反应路径仍有待进一步明确。

1.3研究内容与创新点

本论文旨在深入研究Ti/TiO?NTs/PbO?电极的制备、改性及其电催化降解亚甲基蓝的性能和机理，具体研究内容如下：

Ti/TiO?NTs/PbO?电极的制备：采用阳极氧化法制备TiO?NTs，系统研究电解液组成、氧化电压、氧化时间等参数对TiO?NTs结构和形貌的影响，通过优化工艺，制备出管径、管长适宜且排列规整的TiO?NTs。在此基础上，运用电沉积法在TiO?NTs表面沉积PbO?，探索电沉积液成分、电流密度、沉积时间等条件对PbO?涂层质量和性能的影响，制备出性能优良的Ti/TiO?NTs/PbO?电极。

Ti/TiO?NTs/PbO?电极的改性：从元素掺杂和复合改性两个方面对Ti/TiO?NTs/PbO?电极进行改性研究。选择合适的金属元素（如Fe、Co、Ni等）和非金属元素（如B、P等）进行掺杂，探究掺杂元素种类、掺杂量对电极电催化活性和稳定性的影响规律。同时，将Ti/TiO?NTs/PbO?电极与碳纳米材料（如石墨烯、碳纳米管）、