应用化学黄春皎三维大孔结构二氧化铅电极的研究进展.docx

三维大孔结构二氧化铅电极的研究进展应用化学201621509021黄春皎摘要：本文概述了传统阳极材料的研究现状，二氧化铅电极的研究现状以及二氧化铅电极的反应机理及近年来国内外三维大孔电极材料的研究进展，重点对三维大孔材料做了介绍，指出了目前制备三维大孔电极材料所存在的缺陷，并对其发展前景进行了展望。关键词：三维大孔，二氧化铅，反应机理，电极材料The research progress of three-dimensional macroporous structure lead dioxide electrode Huang ChunjiaoAbstacrt: This article summarizes the research status quo of traditional anode material, the research status of lead dioxide electrode and lead dioxide electrode reaction mechanism and the three-dimensional macroporous electrode materials at home and abroad in recent years, the research progress of focusing on three-dimensional macroporous materials is presented, and points out the preparation of three-dimensional macroporous the deficiency of electrode material, and its development prospect were also discussed.Keywords:three-dimensional,lead?dioxide,reaction?mechanism, electrode?material1 前言随着人类技术文明的发展，工业化目标的逐步实现，传统的阳极材料已无法满足现代工业中低投入，高产出，低消耗，少排放以及节约资源的相关需求。自18世纪60年代荷兰人Beer成功的将钛基二氧化钌阳极应用于工业化电解氯碱生产线以来[1]，阳极材料研究的大量工作便围绕着金属氧化物迅速展开。该类阳极称为尺寸稳定性阳极（DSA）[2]，是一种新型不溶性阳极材料，其具有稳定、高效、催化性能好等特点，因此已成为近年来研究者们研究方向的重点之一。在非贵金属稳定性阳极研究过程中，人们在析氧环境下研制开发出了二氧化铅电极[3]。二氧化铅电极因其具有较高的析氧过电位、较长的使用寿命、良好的导电性能以及耐腐蚀性能、氧化能力较强、性价比高等[4]优点，已在如铅酸蓄电池[5-6]、超级电容器[7-8]电化学合成[9-10]及废水处理[11-13]等方面有着重要的应用。但是，二氧化铅电极存在比表面积小、晶粒间内应力大等问题，因此从上世纪被应用起至今，对二氧化铅电极的修饰改性一直是人们研究的热点。研究者主要通过掺杂Bi3+、F-、Ce3+、Fe3+等离子或者复合TiO2、ZrO2、CeO2等纳米颗粒提高二氧化铅电极的性能。通过以上方法制得的二氧化铅电极均为二维平面结构，氧化还原反应只能在电极外表面发生，电极有效活性面积仍然较小，对电极性能的提升作用有限。若把其中的二氧化铅电极用三维大孔结构的二氧化铅电极来代替的话，电极表面有了更大的电催化表面积，三维大孔结构的二氧化铅电极具有较大的传输通道，有利于反应物的分子进入孔道内，有效扩大电极的电催化面积，不仅解决了电催化面积小的问题，而且还使电极的电化学性能有所提高，目前已经成为二氧化铅电极研究的一个全新方向。2 传统阳极材料的研究现状目前，不论是运用在大型工业生产中，还是进行小规模的实验室研究中，主要运用的阳极材料，多为碳素电极、金属电极、金属氧化物电极和非金属化合物电极等。然而在实际生产生活中，这些电极都或多或少会有不足之处。碳素电极是最早在电解工业中被广泛使用的，但随着时间的增长，也突显了一些问题，例如：电极的电阻较大，它的能耗也比较大，长时间使用后会对电极造成损害。并且使用金属电极会造成电极表面的钝化。在其氧化场中，金属电极因为被氧化成氧化膜从而导致其催化性能的下降，严重者会导致失活[14]。3 二氧化铅电极的研究现状二氧化铅多为粉末或者结晶结构，其颜色为棕褐色，其中Pb处于最高价（+4价），具有很强的氧化性。除此之外，其导电性能和金属相似，电阻率较小。并且二氧化铅催化性能好，析氧过电位高不仅耐腐蚀性好而且价格较为低廉。综上所述，二氧化铅是作为阳极材料的理想选择之一。它的晶型主要