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掺杂钛基二氧化铅电极的可控制备及性能研究

作　者: 李伟
导　师: 林海波
学　校: 吉林大学
专　业: 物理化学
关键词: 二氧化铅掺杂金属氧化物离子共沉积电极
分类号: O646.54
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 76次
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内容摘要

近几十年来,电化学科学与技术凭借安全、高效、清洁等优势迅猛崛起,因而电化学工业也得到日新月异的发展。为在相关产业实现高效、优质、无污染、低能耗、低成本的目标,人们对电极材料和电化学反应器提出了更高的要求。在电化学体系中,电极处于核心地位,是影响和实现反应的关键因素。本文从掺杂不同离子(F-、Co2+、Mn2+)的Ti/PbO2电极的制备入手,采用恒电位离子共沉积法制得了性质可控的修饰电极,通过一系列测试技术,如CV、SEM、XRD、XPS等,研究改性后电极的表面形貌、晶体结构、组成、含量及电化学性能等。沉积电位的不同影响F在PbO2电极镀层中的掺杂量,进而影响PbO2的晶型；F的相对含量越高相应的晶体尺寸越小,表现出品体细化、表面平整化的特性；F-还具有抑制氧气析出的作用,相对含量越高,电极的析氧电位越高,应用范围越广,对废水处理等领域中有机物污染物的降解具有重要意义。Co的相对含量随着沉积电位的升高呈现先增后减的趋势；Co相对含量的改变进一步影响电极的表面形貌,由致密的单向生长变成多孔的三维生长；Co2+的掺杂提高了PbO2电极的析氧活性,含量最高时对应的电极的析氧电位最低,此电极对于电合成、有机物降解等工业生产的节能降耗起到重要作用。沉积电位对镀层中PbO2和MnO2的比例没有明显影响,但会改变沉积层的形貌和晶粒尺寸,并影响其电容性质。通过调节电镀液中乙酰丙酮的浓度,可以改变沉积层中PbO2和MnO2的比例,随着浓度的增加,PbO2的比例增加,改变了沉积层的形貌和晶粒尺寸,进而影响电容性能。在0.2 mol·L-1乙酰丙酮溶液中,沉积电位为1.45V时制得的复合电极材料的比电容高达150 F·g-1,电势窗口1.30V。电极表现出来的优良性能和高比电容与Mn2+和Pb2+的复合沉积是密不可分的,有望成功地应用于超级电容器和超级电池中。综上所述,与传统的Ti/PbO2电极相比,这些新型的电极材料无论在理论研究还是在实际应用方面,均有突破,并且为今后的实验工作提供有价值的参考数据,奠定了研究基础。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-37
  1.1 金属氧化物电极概述  11-13
    1.1.1 电极材料简介  11
    1.1.2 金属氧化物电极的产生和发展  11-13
  1.2 Ti/PbO_2电极的研究现状、应用及发展趋势  13-24
    1.2.1 研究现状  13-16
    1.2.2 应用  16-19
    1.2.3 发展趋势  19-24
  1.3 课题研究的目的和意义  24-25
    1.3.1 问题的提出  24-25
    1.3.2 目的和意义  25
  1.4 课题研究内容和创新性  25-27
    1.4.1 研究内容  25
    1.4.2 创新性  25-27
  参考文献  27-37
第二章实验部分  37-39
  2.1 电极的制备  37-38
    2.1.1 钛基体的预处理  37
    2.1.2 热分解法制备SnO_2-Sb_2O_5中间层  37
    2.1.3 离子共沉积法制备M-PbO_2电极  37-38
  2.2 电极组成、结构、形貌以及性能的测试  38-39
第三章 F-PbO_2电极的制备及析氧性能的研究  39-51
  3.1 引言  39-40
  3.2 结果与讨论  40-48
    3.2.1 PbO_2电极镀层中F的相对含量  40-43
    3.2.2 F~-掺杂对PbO_2电极镀层中晶体结构的影响  43-45
    3.2.3 F~-掺杂对PbO_2电极镀层形貌的影响  45-47
    3.2.4 F~-掺杂对PbO_2电极镀层电化学性质的影响  47-48
  3.3 结论  48-49
  参考文献  49-51
第四章 Co-PbO_2电极的制备及析氧性能的研究  51-61
  4.1 引言  51-52
  4.2 结果与讨论  52-58
    4.2.1 掺杂Co-PbO_2电极的XPS分析  52-54
    4.2.2 Co~(2+)掺杂对PbO_2电极结构的影响  54-56
    4.2.3 Co~(2+)掺杂对PbO_2电极形貌的影响  56-57
    4.2.4 Co~(2+)掺杂对PbO_2电极电化学性能的影响  57-58
  4.3 结论  58-59
  参考文献  59-61
第五章 Mn-PbO_2电极的制备及电容性能的研究  61-76
  5.1 引言  61-62
  5.2 结果与讨论  62-73
    5.2.1 沉积电位对PbO_2-MnO_2复合金属氧化物镀层的影响  62-67
      5.2.1.1 MnO_2-PbO_2电极镀层中的Mn/Pb的相对含量  63-64
      5.2.1.2 MnO_2-PbO_2电极镀层的晶体结构  64-66
      5.2.1.3 MnO_2-PbO_2电极的循环伏安曲线  66-67
    5.2.2 络合添加剂(乙酰丙酮浓度)的影响  67-73
      5.2.2.1 MnO_2-PbO_2电极镀层的Mn/Pb的相对含量  67-69
      5.2.2.2 MnO_2-PbO_2电极镀层的表面形貌  69-70
      5.2.2.3 MnO_2-PbO_2电极的循环伏安曲线  70-71
      5.2.2.4 MnO_2-PbO_2电极的恒电流充放电曲线  71-72
      5.2.2.5 MnO_2-PbO_2电极比电容的计算  72-73
  5.4 本章小结  73-74
  参考文献  74-76
第六章结论  76-77
作者简介及科研成果  77-78
致谢  78

掺杂钛基二氧化铅电极的可控制备及性能研究

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