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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 COD 92

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