CN108046380A - 一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极及其制备方法和应用 - Google Patents

一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钛基Sn‑Sb‑Ce氧化物电极及其制备方法和应用，具有多级结构，钛基表层Sn‑Sb‑Ce氧化物为球状纳米三元多层结构。制备方法包括：将预处理的钛基浸入由Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖、硝酸混合制得的电镀液中电镀，得到电镀钛基；将Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖溶于乙醇和去离子水的混合溶液中进行水热反应，得到Sn‑Sb‑Ce氧化物；加入乙二醇柠檬酸酯中涂覆在电镀钛基上，然后煅烧即得。本发明中的Sn‑Sb‑Ce氧化物呈特殊的球状形貌，对有机物氧化兼具高的电催化活性和选择性。本发明所采用的制备方法绿色环保，成本低廉，极大减少了对贵金属Pt的依赖，应用前景广阔。

Description

一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电化学催化氧化阳极材料领域，特别涉及一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极及其制备方法和应用。
背景技术
抗生素是指由细菌、真菌或其它微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类物质(化合物)，具有抑杀细菌、霉菌等“菌”类致病微生物等特点，同时对恶性肿瘤细胞也有良好抑杀作用。自上世纪20年代被发现以来，为人类健康立下了无数功勋。抗生素可以从某些微生物、植物、动物的代谢产物中提取，同时也能通过化学方法合成或半合成。按照化学结构可以分为氨基糖苷类、大环内酯类、β-内酰胺类、多肽类、四环素类和其他类。近十多年抗生素类药品一直是药品销售中的第一大户，其生产主要以发酵形式为主，生产工艺主要包括菌种筛选、种子培养、发酵、发酵液预处理、分离提纯、精制、干燥等过程。在这些生产过程的各阶段都将产生抗生素废水，因其成分复杂、处理难度大、不可生化物质多等因素，加之企业处理技术水平有限、设施运行不到位的问题，使得废水处理成本高，且难得到有效的治理。
常用的处理抗生素等生物难降解有机污水的方法有物化法[ChemEng J,209,86-93(2012)]、生化法[Environ Sci Tech Let,2,234-244(2015)]以及高级氧化技术法[Environ SciTechnol,49,12187-12196(2015)]等。其中高级氧化技术因其处理效率高而得到大力开发，尤其是电催化氧化技术越来越受到研究者的青睐。
电极材料是决定处理效果的决定性因素[Electrochimi.Acta,97,167-174(2013)]。其中涂层钛电极在20世纪70年代开始工业化运用，由此电极进入钛电极时代。钛基涂层电极是以钛板为基体，采用热解法、溶胶凝胶法或沉积法等方法在钛板上镀上一层不溶性的金属氧化物而制得的电催化活性高、机械性能好、寿命长的阳极。近年来，关于钛基涂层电极的制备与研究有很多，最常见的有：钛基二氧化铅电极(Ti/PbO2)、钛基二氧化锡电极(Ti/SnO2)、钌系涂层铁电极(Ti/RuO2)以及掺锑钛基二氧化锡电极(Ti/SnO2+Sb2O3)等。纯SnO2材料的禁带宽度约为3.5eV左右，属于n型半导体，在常温条件下的电阻率较高，导电性能较低，因此不能直接被用于做电极材料。SnO2主要依靠自身的氧空穴和晶格缺陷而导电，因而可以通过掺杂一定的Ar、Sb、P、Bi等物质对其进行改性来提高SnO2的导电性能。
钛基锡系掺锑的金属氧化物电极能有有效地降解污水中的有机物，然而，使用寿命短和过低析氧电位限制了此类电极的广泛应用。目前，众多文献更多的关注于掺杂或通过改变不同的掺杂物来提高电极性能，而对于如何结合制备方法以提高电极性能却很少被报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极及其制备方法和应用，表层的Sn-Sb-Ce氧化物为球状纳米三元多层结构，不仅显著延长了电极的使用寿命，具有极高的析氧电位，同时对处理抗生素废水具有很高的电催化活性。
本发明的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极，具有多级结构，钛基表层Sn-Sb-Ce氧化物为球状纳米三元多层结构，直径为4～8μm。
本发明的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，包括：
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖、硝酸溶于去离子水中定容，得到电镀液；将预处理的钛基浸入电镀液中，在电流作用下进行电镀，取出清洗，干燥，然后煅烧，得到电镀后的钛基；其中Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖、硝酸的用量比为50mmol：7mmol：0.5mmol：30mmol：0.6～0.7mL；
(2)将Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖溶于乙醇和去离子水的混合溶液中，置于反应釜中进行水热反应，然后洗涤、离心分离、干燥，得到Sn-Sb-Ce氧化物；其中Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖、乙醇和去离子水的混合溶液的用量比为：5mmol：0.75mmol：0.05mmol：12.5mmol：43～44mL；
(3)将乙二醇与柠檬酸混合进行水浴反应，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，然后煅烧，得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极；其中乙二醇、柠檬酸、Sn-Sb-Ce氧化物的用量比为5mL：0.01～1g：25mg。
所述步骤(1)中钛板的尺寸为30mm*30mm。
所述步骤(1)中电流的密度为3～5mA/cm2。
所述步骤(1)中电镀的时间为100～150sec。
所述步骤(1)中电镀、煅烧的次数为1～4次。
所述步骤(1)中前后两次清洗的工艺条件均为：用去离子水进行冲洗。
所述步骤(1)中干燥的工艺参数为：干燥温度为70～90℃，干燥时间为3～7min。
所述步骤(1)中煅烧的工艺参数为：置于马弗炉中，煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为25～35min。
所述步骤(1)和(2)中的Sn源为四氯化锡；Sb源为三氯化锑；Ce源为硝酸铈。
所述步骤(2)中乙醇和去离子水的混合溶液中乙醇和去离子水的体积比为1：1。
所述步骤(2)中反应釜为具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的水热反应釜。
所述步骤(2)中水热反应的工艺参数为：反应温度为170～190℃，反应时间为22～26h。
所述步骤(2)中洗涤的工艺条件为：用去离子水和无水乙醇交替洗涤3～5次至中性。
所述步骤(2)中干燥的工艺参数为：干燥温度为70～90℃，干燥时间为10～14h。
所述步骤(3)中水浴反应的工艺参数为：水浴反应温度为50～70℃，水浴反应时间为0.5～1h。
所述步骤(3)中煅烧的工艺参数为：置于马弗炉中，煅烧温度为500～600℃，煅烧时间为10min～5h。
所述步骤(3)中涂覆、煅烧的次数为5～15次。
本发明的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的应用，作为电化学氧化处理有机废水的阳极电极材料。
本发明电极结合使用电镀共沉积法和热分解法结制备出多层结构，其中热分解前驱体由水热法制得，并通过有效调控电极制备条件(时间、电流密度、温度、电镀和涂覆次数)，获得具有特殊形貌(球状)三元外层结构的高比表面积的Sn-Sb-Ce氧化物纳米电极。该电极由于具有球状特殊形貌和三元多层结构组成，可以提供更多的催化活性位，从而可以极大地提高废水中的有机污染物与电极的接触比表面积。不仅如此，该电极同时还具有极高的析氧电位，可以有效抑制电化学氧化过程中伴随的析氧反应。
有益效果
(1)通过电沉积和热分解两步制备结构致密，外层比表面积大的电极。不仅如此，通过有效调控电极制备条件，可以获得具有特殊形貌(纳米球状)结构的Sn-Sb-Ce氧化物电极，提供更多的催化活性位，因而可以极大提高抗生素与电极表面的接触面积，显著提高对抗生素废水的处理效果。
(2)本发明改变电镀添加剂，控制电镀电流密度和煅烧温度所制备出的电极材料，能够克服在强酸强碱环境中的腐蚀，延长电极的使用寿命。热分解前驱体由水热合成发制得，得到特殊形貌的电极外层结构，能有效提高电极材料的析氧电位和处理效果。
(3)本发明所采用的研究方法和技术路线绿色环保，制备过程简洁、操作简便，同时成本低廉，极大减少了对贵金属Pt的依赖，在酸性介质和碱性介质中均具有较高的催化活性和稳定性。
(4)本发明中的Sn-Sb-Ce氧化物呈特殊的球状形貌，具有鲜明的(110)、(101)、和(220)晶面，对有机物氧化兼具高的电催化活性和选择性。
(5)本发明中的原材料在自然界中储量丰富，价格便宜，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例1～4得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在0.5M H2SO4和0.1MNa2SO4溶液中的线性扫描伏安特性曲线图；
图2为本发明实施例5～8得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在0.5M H2SO4和0.1MNa2SO4溶液中的线性扫描伏安特性曲线图；
图3为本发明实施例9～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在0.5M H2SO4和0.1MNa2SO4溶液中的线性扫描伏安特性曲线图；
图4为本发明实施例7得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,10的X射线衍射图；
图5为本发明实施例7得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,10的场发射扫描电镜图；
图6为本发明实施例1～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在0.5M H2SO4和0.1MNa2SO4溶液中，100mA·cm-2电流密度作用下的加速老化寿命图；
图7为本发明实施例1～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在5mg/L四环素、0.5MH2SO4和0.1M Na2SO4条件下，电流密度控制20mA·cm-2，电解1小时后的四环素脱色率效率图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作5次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT1,5。
实施例2
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作2次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作5次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT2,5。
实施例3
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作3次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作5次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,5。
实施例4
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作4次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作5次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT4,5。
实施例5
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作10次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT1,10。
实施例6
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作2次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作10次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT2,10。
实施例7
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作3次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作10次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,10。
实施例8
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作4次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作10次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT4,10。
实施例9
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作15次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT1,15。
实施例10
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作2次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作15次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT2,15。
实施例11
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作3次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作15次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,15。
实施例12
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将50mmol SnCl4·5H2O、7mmol SbCl3、0.5mmol Ce(NO3)3·6H2O、30mmolC6H12O6·H2O、0.69mL HNO3溶于去离子水中定容至100mL，形成均一溶液作为电镀液；将预处理的钛基(30mm*30mm，一面用绝缘胶带封好)浸入上述电镀液中，在4mA/cm2电流密度作用下进行电镀120sec，取出电极并用去离子水冲洗干净后，放入80℃烘箱干燥5min，并迅速转入马弗炉里，500℃下煅烧30min，重复电镀、煅烧操作4次，得到电镀后的钛基。
(2)将5mmol SnCl4·5H2O、0.75mmol SbCl3、0.05mmol Ce(NO3)3·6H2O、12.5mmolC6H12O6·H2O溶于43.75mL乙醇和去离子水的混合溶液(体积比1:1)中，置于具有聚四氟乙烯内胆、不锈钢外套的80mL水热反应釜放入烘箱中180℃下进行水热反应24h，然后用去离子水和无水乙醇交替洗涤5次至中性、离心分离、于80℃烘箱干燥12h后，得到褐色固体粉末Sn-Sb-Ce氧化物。
(3)将5mL乙二醇与0.05g柠檬酸混合60℃下水浴加热0.5h，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，混合均匀得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，每片钛基的涂覆量为25mg的Sn-Sb-Ce氧化物，然后550℃煅烧10min，重复涂覆、煅烧操作15次，最后一次煅烧时间延长至5h，最终得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT4,15。
实施例13
在电化学工作站(CHI660E)测试系统上分别对实施例1～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极进行电化学性能测试，分别以实施例1～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钛板(40mm*40mm)电极为辅助电极构成三电极体系，电解液为0.5M H2SO4和0.1M Na2SO4溶液。
实施例1～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在室温下的线性扫描伏安特性曲线如图1、2、3所示，可知在12个电极中，实施例7得到的SSCT3,10电极析氧起峰电位最高。
进一步对实施例7得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,10进行X射线衍射测试和场发射扫描电镜测试，结果如图4和图5所示，说明实施例7的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,10已经很好地将钛基覆盖，并且具有鲜明的(110)、(101)、和(220)晶面。
实施例1～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在0.5M H2SO4和0.1M Na2SO4溶液里，100mA·cm-2电流密度作用下的加速老化寿命测试结果如图6所示，从图中可以看出实施例11得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,15的加速寿命最长，为32.5小时，但综合电化学性能结果和经济角度实施例7得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,10是最优的。
实施例1～12得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极在5mg/L四环素、0.5M H2SO4和0.1MNa2SO4条件下，控制电流密度为20mA·cm-2，电解60min后的四环素脱色率效率结果如图7所示，从图中可以看出实施例7得到的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极SSCT3,15在此条件下对四环素的脱色效果最好，达到了73％。继续控制电流密度为20mA·cm-2，电解130min后，脱色效果达到100％。

Claims (10)

1.一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极，其特征在于：具有多级结构，钛基表层Sn-Sb-Ce氧化物为球状纳米三元多层结构。
2.一种如权利要求1所述的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，包括：
(1)将钛板用砂纸反复打磨，并依次用去离子水、碱、酸进行清洗和刻蚀，得到预处理的钛基；将Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖、硝酸溶于去离子水中定容，得到电镀液；将预处理的钛基浸入电镀液中，在电流作用下进行电镀，取出清洗，干燥，然后煅烧，得到电镀后的钛基；其中Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖、硝酸的用量比为50mmol：7mmol：0.5mmol：30mmol：0.6～0.7mL；
(2)将Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖溶于乙醇和去离子水的混合溶液中，置于反应釜中进行水热反应，然后洗涤、离心分离、干燥，得到Sn-Sb-Ce氧化物；其中Sn源、Sb源、Ce源、葡萄糖、乙醇和去离子水的混合溶液的用量比为：5mmol：0.75mmol：0.05mmol：12.5mmol：43～44mL；
(3)将乙二醇与柠檬酸混合进行水浴反应，得到乙二醇柠檬酸酯，加入步骤(2)得到的Sn-Sb-Ce氧化物，得到混合液，涂覆在步骤(1)得到的电镀后的钛基上，然后煅烧，得到钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极；其中乙二醇、柠檬酸、Sn-Sb-Ce氧化物的用量比为5mL：0.01～1g：25mg。
3.根据权利要求2所述的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中钛板的尺寸为30mm*30mm；电流的密度为3～5mA/cm2；电镀的时间为100～150sec；电镀、煅烧的次数为1～4次。
4.根据权利要求2所述的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中前后两次清洗的工艺条件均为：用去离子水进行冲洗；干燥的工艺参数为：干燥温度为70～90℃，干燥时间为3～7min；煅烧的工艺参数为：置于马弗炉中，煅烧温度为450～550℃，煅烧时间为25～35min。
5.根据权利要求2所述的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)中的Sn源为四氯化锡；Sb源为三氯化锑；Ce源为硝酸铈。
6.根据权利要求2所述的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中乙醇和去离子水的混合溶液中乙醇和去离子水的体积比为1：1。
7.根据权利要求2所述的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中水热反应的工艺参数为：反应温度为170～190℃，反应时间为22～26h；洗涤的工艺条件为：用去离子水和无水乙醇交替洗涤3～5次至中性；干燥的工艺参数为：干燥温度为70～90℃，干燥时间为10～14h。
8.根据权利要求2所述的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中水浴反应的工艺参数为：水浴反应温度为50～70℃，水浴反应时间为0.5～1h。
9.根据权利要求2所述的一种钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中煅烧的工艺参数为：置于马弗炉中，煅烧温度为500～600℃，煅烧时间为10min～5h；涂覆、煅烧的次数为5～15次。
10.一种如权利要求1所述的钛基Sn-Sb-Ce氧化物电极的应用，其特征在于：作为电化学氧化处理有机废水的阳极电极材料。
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