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第1章 电催化相关基础理论简介1

1.1 电化学及其在环境领域的研究与应用1

1.1.1 电化学及其研究与应用的发展1

1.1.2 电化学与环境问题4

1.1.3 环境污染物的电化学处理5

1.2 电化学体系的基本结构单元12

1.2.1 电极13

1.2.2 电解质溶液14

1.2.3 隔膜15

1.3 电化学和电化学工程中的几个基本概念15

1.3.1 电化学反应、电荷传递与电流15

1.3.2 电位与电压17

1.3.3 法拉第定律23

1.3.4 电流效率24

1.3.5 能耗27

1.4 电极／溶液界面的结构与性质27

1.4.1 双电层的结构27

1.4.2 双电层中剩余电荷的巨大作用30

1.4.3 零电荷电位31

1.4.4 电极／溶液界面的吸附现象32

1.5 电极反应动力学简介34

1.5.1 电极的极化34

1.5.2 电极反应速率37

1.6 电化学中的液相传质理论40

1.6.1 液相传质的方式40

1.6.2 浓差极化44

1.7 电化学催化45

1.7.1 电催化概述及其特点45

1.7.2 电催化反应机理48

1.7.3 电极的催化作用52

参考文献56

第2章 电极结构表征与电催化机理研究57

2.1 电极形貌表征方法57

2.1.1 扫描电子显微镜57

2.1.2 透射电子显微镜61

2.1.3 原子力显微镜62

2.2 半导体电催化材料结构表征方法64

2.2.1 X射线衍射64

2.2.2 X射线光电子能谱67

2.2.3 拉曼光谱75

2.3 电化学分析方法77

2.3.1 循环伏安法78

2.3.2 极化曲线法80

2.3.3 交流阻抗法82

2.4 电催化氧化有机物降解性能分析方法87

2.4.1 紫外-可见分光光度法87

2.4.2 总有机碳92

2.4.3 COD92

2.4.4 有机物降解中间产物的检测方法93

2.5 自由基检测方法97

2.5.1 电子顺磁共振98

2.5.2 荧光光谱101

2.6 本章小结104

参考文献105

第3章 半导体电极及其电催化性能106

3.1 半导体电极的性质及相关理论106

3.1.1 固体能带理论简介106

3.1.2 半导体材料结构与导电机理108

3.1.3 半导体电极／溶液界面的特点及电荷传递机理114

3.2 氧化物半导体电极对有机物的电催化降解120

3.2.1 电极材料与有机物的电化学转化效率120

3.2.2 电极表面状态与有机物的电化学转化132

参考文献136

第4章 DSA类电催化阳极材料制备技术138

4.1 基体138

4.1.1 基体的选择138

4.1.2 基体的预处理140

4.2 液相法DSA电极制备技术142

4.2.1 浸渍法142

4.2.2 溶胶-凝胶法143

4.3 电辅助法制备DSA薄膜147

4.3.1 电沉积法147

4.3.2 阳极电氧化法149

4.4 气相法电极制备技术151

4.4.1 溅射法152

4.4.2 化学气相沉积法155

4.5 本章小结165

参考文献166

第5章 钛基二氧化锡电极的制备及性能评价168

5.1 浸渍法电极制备工艺168

5.1.1 制备工艺参数优化168

5.1.2 电极结构表征170

5.2 电沉积法电极制备工艺171

5.2.1 制备工艺参数优化172

5.2.2 电极结构表征178

5.3 溶胶-凝胶法电极制备工艺181

5.3.1 制备工艺参数优化182

5.3.2 电极结构表征187

5.4 钛基二氧化锡电极电催化性能比较190

5.4.1 有机物降解能力比较191

5.4.2 产生自由基能力比较194

5.5 钛基二氧化锡电极表面结构与性能关系研究201

5.5.1 Ti/SnO2电极的电化学行为研究202

5.5.2 SnO2电极半导体结构与性能关系206

5.6 本章小结210

参考文献211

第6章 提高钛基二氧化锡电极稳定性研究213

6.1 电极失效原因分析及解决方法213

6.1.1 涂层剥落213

6.1.2 涂层溶解214

6.1.3 钛基体氧化215

6.2 提高浸渍法制备电极稳定性研究216

6.2.1 含Co中间层对电极稳定性的影响216

6.2.2 含Mn中间层Ti/SnO2电极的制备及性能研究220

6.2.3 电镀中间层对电极稳定性的影响224

6.3 提高溶胶-凝胶法制备电极稳定性研究228

6.3.1 含Mn中间层对电极稳定性的影响228

6.3.2 含Ru中间层对电极稳定性的影响234

6.4 本章小结238

参考文献238

第7章 稀土掺杂对钛基二氧化锡电极性能的影响240

7.1 Gd掺杂钛基二氧化锡电极240

7.1.1 Gd掺杂对二氧化锡电极电催化性能的影响240

7.1.2 Gd掺杂对二氧化锡电极形貌和元素组成及分布的影响241

7.1.3 Gd掺杂对二氧化锡涂层晶体结构的影响244

7.2 Ce掺杂钛基二氧化锡电极245

7.2.1 Ce掺杂对二氧化锡电极电催化性能的影响245

7.2.2 Ce掺杂对二氧化锡电极形貌和元素组成及分布的影响247

7.2.3 Ce掺杂对二氧化锡涂层晶体结构的影响248

7.3 Eu掺杂钛基二氧化锡电极249

7.3.1 Eu掺杂对二氧化锡电极电催化性能的影响249

7.3.2 Eu掺杂对二氧化锡电极形貌和元素组成及分布的影响250

7.3.3 Eu掺杂对二氧化锡涂层晶体结构的影响251

7.4 Dy掺杂钛基二氧化锡电极252

7.4.1 Dy掺杂对二氧化锡电极电催化性能的影响252

7.4.2 Dy掺杂对二氧化锡电极形貌和元素组成及分布的影响253

7.4.3 Dy掺杂对二氧化锡涂层晶体结构的影响254

7.5 稀土掺杂对电催化性能影响机理分析256

7.5.1 电极涂层的表面形貌、元素组成及晶体结构与电催化性能的关系257

7.5.2 稀土掺杂Ti/SnO2电极降解有机物的性能比较258

7.5.3 稀土掺杂Ti/SnO2电极的表面分析260

7.5.4 稀土掺杂Ti/SnO2电极生成羟基自由基的比较265

7.5.5 稀土掺杂Ti/SnO2电极的界面双电层结构分析270

7.6 本章小结273

参考文献274

第8章 苯酚在几种电催化电极上的电化学降解路径分析276

8.1 酚类物质催化氧化机理研究现状276

8.1.1 国内研究现状276

8.1.2 国外研究现状277

8.2 影响电催化氧化降解苯酚的反应因素分析282

8.2.1 电极材料及其表面结构的影响282

8.2.2 反应条件的影响283

8.3 苯酚在钛基SnO2电极上的电化学降解历程285

8.3.1 Ti/SnO2电极降解苯酚的中间产物和反应历程分析286

8.3.2 Gd掺杂Ti/SnO2电极降解苯酚的中间产物和反应历程分析301

8.3.3 Ce掺杂Ti/SnO2电极降解苯酚的中间产物和反应历程分析308

8.3.4 Eu掺杂Ti/SnO2电极降解苯酚的中间产物和反应历程分析315

8.3.5 苯酚在不同掺杂的钛基SnO2电极上的电化学氧化过程比较分析322

8.4 本章小结324

参考文献324

第9章 其他电催化电极326

9.1 钛基二氧化铅电极326

9.1.1 电极制备工艺326

9.1.2 制备工艺参数优化327

9.1.3 电极结构表征331

9.2 金刚石薄膜电极331

9.2.1 金刚石薄膜生长工艺332

9.2.2 电极制备工艺参数优化338

9.2.3 硼掺杂金刚石薄膜电极对苯酚的降解特性研究340

9.2.4 薄膜生长特性及电极结构表征346

9.3 本章小结350

参考文献351

第10章 电催化氧化技术在有毒废水处理中的应用352

10.1 电催化氧化技术简介352

10.1.1 电催化氧化技术的特点352

10.1.2 电催化氧化技术的基本原理353

10.2 电催化氧化技术的研究现状354

10.3 电催化氧化法处理含百草枯农药废水355

10.3.1 百草枯及其危害355

10.3.2 百草枯生产废水及处理简介357

10.3.3 电催化氧化法对百草枯生产废水的处理357

10.4 电催化氧化处理含阿特拉津农药废水361

10.4.1 阿特拉津废水的水质及危害361

10.4.2 阿特拉津废水处理技术简介363

10.4.3 电催化氧化法处理阿特拉津废水及运行效能364

10.5 电催化氧化法处理煤化工废水373

10.6 本章小结375

参考文献375