前驱体溶剂对锡锑电极性能影响的研究

周 涛， 姚颖悟， 杜鹏程

(河北工业大学化工学院电化学表面技术研究室，天津 300130)

前驱体溶剂对锡锑电极性能影响的研究

周 涛， 姚颖悟， 杜鹏程

(河北工业大学化工学院电化学表面技术研究室，天津 300130)

利用热解法在钛基体上制备了锡锑氧化物电极，研究了前驱体对Ti/SnO2-Sb2O3电极性能的影响，并利用金相显微镜和X-射线衍射分析对电极的形貌和结构进行了表征，通过甲基橙降解实验考查了电极的电催化活性。结果表明，乙醇作为前驱体溶液制备的锡锑电极，表面结构致密，在100A/dm2电流密度下，强化寿命试验可达213min，超过了其他三种前驱体所制备的电极，电解甲基橙褪色率达到95.48%，表现出了良好的性能。

锡锑电极;前驱体;热解法

引 言

钛基锡锑氧化物电极具有较高的析氧过电位、较强的电催化活性和较低的价格，在难降解有机污染物的电催化降解中表现出了良好的应用前景［1-3］。但是在应用中发现，钛基锡锑电极存在电极使用寿命较短的问题，极大地限制了该电极的推广应用。因此，钛基锡锑电极的制备及其性能研究一直是人们关注的热点［4-6］。

本文通过热解法制备不同前驱体溶液的锡锑电极，考察前驱体对电极的形貌和结构的影响，并对不同电极的稳定性和电催化性能进行了考察，以便为钛基锡锑电极的进一步优化提供理论和实验依据。

1 实验方法

1.1 药品及仪器

实验所用的化学试剂有 SnCl4·5H2O、SbCl3、正丁醇、乙二醇、无水乙醇、异丙醇、浓盐酸、浓硫酸和对氯苯酚(均为分析纯)。仪器有箱式电阻炉、电子天平、直流稳压电源、集热式恒温加热磁力搅拌器、移液管和TA2钛板。

1.2 基体预处理及电极制备

将50mm×20mm×0.4mm的TA2钛片用砂纸打磨后放入40%的NaOH溶液中，在80℃水浴中除油1h，取出钛片置于10%的草酸溶液中，在80℃水浴刻蚀2h后，钛片表面出现均匀的灰麻面，取出并放入1%的草酸溶液中保存待用。

使用 SnCl4·5H2O、SbCl3、正丁醇、乙二醇、无水乙醇、异丙醇和浓盐酸配制不同醇溶剂的涂液，涂液中 ρ(Sn)∶ρ(Sb)为9∶1，并加入几滴浓盐酸防止水解，静置3d直到涂液变为浅黄色即可用于涂敷。用涂液把前面处理好的钛片涂均匀，放在110℃的烘箱中15min，使表面涂液完全蒸发，然后放入马弗炉中烘焙15min使锡锑充分氧化为氧化物，并且按此步骤重复10次。马弗炉的升温首先在300～400℃依次升温烘4次，之后再在400～550℃下依次升温烘6次，最后一次在马弗炉中550℃焙烧1h，以此制备出性能良好的锡锑电极材料。

用OLYMPUS-STM6金相显微镜观察锡锑电极的表面形貌。采用X-射线粉末衍射仪进行晶相结构分析(德国BRUKER公司)，扫描范围为10°～90°，扫描速度为 5°/min。

以锡锑氧化物电极为阳极，铅板为阴极，极板A为3cm2，极板间距 3.0cm，Jκ为 6A/dm2，加入电解质Na2SO4电解甲基橙溶液10min时，测得甲基橙的褪色率，按以下公式计算。

式中:η褪色率，%;c1为电解前甲基橙溶液浓度，mmol/L;c2为电解后甲基橙溶液浓度，mmol/L。

以锡锑氧化物电极为阳极，铅板为阴极，在1.0 mol/L的H2SO4溶液中，θ为60℃，Jκ为100A/dm2下恒电流电解，观察槽电压的变化。

2 结果与讨论

2.1 钛基锡锑电极的表征

2.1.1 电极表面形貌

分别以乙醇、乙二醇、异丙醇及正丁醇为前驱体溶液制备的锡锑电极，采用金相显微镜观察电极表面的形貌如图1所示(放大倍率200)。由图1可以看出，乙醇图1(a)和异丙醇图1(b)为前驱体溶液制备的电极，表面光滑平整，无裂痕，但乙醇为前驱体溶液制备的电极表面更加致密，外观效果更好，而异丙醇为前驱体制备的电极表面平整却与基体的结合力较差容易脱落。图1(c)正丁醇作为前驱体溶液制备的电极，表面虽光滑但有轻微的裂痕;图1(d)乙二醇为前驱体溶液制备的电极，表面不均匀，裂痕较明显;锡锑电极表面形貌的变化主要是由于几种醇的熔点不同所致，在相同条件下涂刷的锡锑都比较均匀，由于熔点的不同导致熔点低的醇迅速挥发，保持了涂刷的均匀性，但是熔点高的醇挥发较慢，溶液发生流动，使制备出的锡锑电极表面不平整裂纹较多，从锡锑电极表面形貌照片可以看出，以乙醇为前驱体制备的电极效果最好。

图1 锡锑电极的表面形貌照片

2.1.2 X-射线衍射分析

以乙醇、乙二醇、异丙醇和正丁醇为前驱体溶液制备的锡锑电极X-射线衍射(XRD)谱图见图2。与标准卡片对照可知，电极表面氧化物涂层的主要成分是:SnO2(26.420、37.740、51.730、54.740、61.670、64.740 和 65.680)和 Sb2O3(29.020、33.750和37.190)，且所相符的标准卡片是四方相SnO2，故涂层中的SnO2是四方相的金红石结构。(由于4个XRD的出峰基本相同，所以只标出最上面一组)

图2 锡锑电极的XRD谱图

2.2 不同前驱体溶液对电极稳定性的影响

将以上制备的电极在θ为60℃、1.0mol/L的H2SO4溶液中、Jκ为100A/dm2进行强化寿命试验。当槽电压超过10V即视为电极失活，测得的电极寿命如图3所示。

图3 锡锑电极寿命

通过图3可见，选择乙醇为前驱体溶液时制备的电极寿命最高，可以达到213min。根据图1可知，乙醇为前驱体溶液时制备的电极晶粒结合紧密，缝隙不明显，很好的覆盖在基体上，这样的外观结构可有效地阻止新生态的氧原子向基体扩散，减少基体氧化膜的生成，有利于延长电极寿命。

2.3 电极的电催化性能

以甲基橙为目标污染物，考察不同前驱体溶液制备的锡锑电极的电催化性能，如图4所示。

图4 锡锑电极降解甲基橙褪色率

由图4可以看出，电解10min时，乙醇为前驱体溶液制备的锡锑电极对甲基橙的褪色率最高，电解甲基橙20min时褪色率达到95.48%，所以选择乙醇为前驱体溶液得到的锡锑电极电催化性能最好。

3 结论

利用热分解法制备了不同前驱体溶液的锡锑金属氧化物电极，测试结果证明，选择乙醇为前驱体溶液制备的锡锑电极表面均匀致密，电极寿命达到213min，超过了其他三种前驱体溶液制备的电极，并且电极电催化活性最好，电解甲基橙20min褪色率达到95.48%。

［1］崔玉虹，冯玉杰，刘峻峰.Sb掺杂钛基SnO2电极的制备、表征及其电催化性能研究［J］.功能材料，2005，36(2):234-237.

［2］杨芬，甘复兴，张学俊，等.Sb-SnO2/Ti纳米涂层电极对对硝基苯酚的电催化氧化［J］.环境科学与技术，2008，21(7):14-17.

［3］姚颖悟，王育华，唐宝华，等.钛基锡锑氧化物涂层电极的研究进展［J］.电镀与涂饰，2011，30(10):54-56.

［4］张乃东，李宁，彭永臻.涂膏热解法制备钛基Sn、Sb氧化物电极［J］.物理化学学报，2003，19(12):1154-1158.

［5］梁镇海，张福元，孙彦平.耐酸非贵金属Ti/MO2阳极SnO2+Sb2O4中间层研究［J］.稀有金属材料与工程，2006，35(10):1605-1609.

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Effects of Precursor Solvent on the Property of SnO2-Sb2O3Electrode

ZHOU Tao，YAO Ying-wu，DU Peng-cheng
(Electrochemical Surface Technology Research Laboratory，School of Chemical Engineering and Technology，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China)

In this paper，tin-antimony oxide electrode was prepared in Ti substrates by pyrolysis method.Performance of different precursors solution on Ti/SnO2-Sb2O3were studied and morphologies and structures of these electrodes were characterized by optical microscope and XRD.And electrocatalytic activity of these electrodes were investigated by electrolytic degradation of methyl orange.Results show that surface structure of the tin-antimony oxide electrode prepared by ethanol as precursor was more compact than others.The life of as-prepared electrode could reach to 213min，under 100A/dm2，which was longer than others，and the decolourization ratio of methyl orange could reach to 95.48%.

SnO2-Sb2O3electrode;precursor;pyrolysis

0646

A

1001-3849(2012)09-0009-03

2012-02-28

2012-04-19

河北省自然科学基金(B2012202002);河北省高等学校科学技术研究优秀青年基金(Y2011104);河北工业大学优秀青年科技创新基金(2011010)