三维多孔钛基掺硼金刚石薄膜电极及其对水中有毒难降解有机污染物的电催化氧化作用

The mathematical model for describing kinetic process of porous electrode will be established through integrating modern analytical methods, conventional electrochemical techniques and mathematical analysis. Preparation, structural feature and electrocatalytic action of 3D-Ti/BDD（Boron-Doped Diamond Film Electrodes on 3D Porous Titanium Substrates）will be thoroughly studied to provide theoretical foundation for designing and preparing porous electrode, reducing loss during polarization and improving efficiency. The main points as followed: controllable preparation of 3D-Ti/BDD; the relationship between electrocatalytic degradation kinetics of organic pollutants, porous structure and electrocatalytic oxidation of 3D-Ti/BDD; electrocatalytic oxidation essence of organic pollutants on 3D-Ti/BDD. 15~20 high level papers are supposed to be published and 2~3 patents are intended to be applied for.

将现代分析技术、常规的电化学研究方法和测试手段以及数理解析方法相结合，建立描述多孔电极反应动力学过程的数学模型，旨在3D-Ti/BDD电极制备、结构特性以及电催化作用本质的研究方面开展深入系统研究，为电极设计、实现多孔电极可控制备、降低极化损失、促进效率提供理论基础。主要内容包括：3D-Ti/BDD电极的可控制备、水中有机污染物在3D-Ti/BDD电极上的电催化降解反应动力学、多孔结构与其电催化氧化作用的内在联系和规律、3D-Ti/BDD电极对水中有机污染物电催化氧化降解作用本质。发表15-20篇高水平论文，申请发明专利2-3项。

掺硼金刚石电极被认作为电催化氧化领域最为理想高效的电极材料，项目以水中难降解有机污染物的去除为研究背景，提升电催化氧化过程动力学为目的，具体的主要内容包括：3D-Ti/BDD 电极的可控制备、水中有机污染物在3D-Ti/BDD 电极上的电催化降解反应动力学、多孔结构与其电催化氧化作用的内在联系和规律、3D-Ti/BDD 电极对水中有机污染物电催化氧化降解作用本质。研究过程中确立了二阶硼浓度掺杂方法制备多孔钛基BDD电极，对沉积过程的关键参数主要通过影响薄膜成核和生长影响薄膜晶粒尺寸及质量；多孔BDD电极的高比表面积为电化学反应提供更多的活性位点，在保持BDD电极电化学性质的同时，具有更快的电化学活性；有机物电催化氧化机理为活性物种羟基自由基于有机物进行矿化作用的过程，电催化降解典型有机污染物说明多孔BDD电极能够实现更快的降解效率，但是受限于多孔电极内部的传质过程，多孔电极的表面利用率削弱了多孔电极的优势；进一步的，基于提升溶液传质过程的需求，设计了三维网络BDD电极，对有机物能够实现较强的降解效果。以上3D-Ti/BDD 电极制备、结构特性以及电催化作用本质方面的深入系统研究，能够为电极设计、实现多孔电极可控制备、降低极化损失、促进效率提供理论和实验基础，指导有机物在电极表面上电催化过程动力学的认识和提升。