非晶态介孔二氧化铱膜电极的极化调控机制

目前由新型生物难降解污染物导致的水环境问题形势严峻。电化学方法具有诸多优点，但因电极极化诱发副反应导致的高能耗桎梏其在废水处理领域大规模应用。本研究拟针对活化极化和浓差极化，对调控非晶态介孔IrO2膜阳极极化行为的机制进行研究：（1）在活化极化方面采用离子溅射修饰、结合Armstrong等效电路模型与电化学交流阻抗谱解析高场近似下Tafel系数与膜电极组份关联机制；（2）在浓差极化方面从多相催化反应规律探询污染物及竞争反应物在电极表面的扩散、吸附、转化动力学，并借助微观孔结构及尺度分析、采用渗流网络理论对电极基体介孔空间结构进行优化；（3）随后基于电化学传感技术实时获取反应过程中的电子传递和污染物形态变化动态信息，建立污染物及竞争反应物在溶液本体－静止扩散层－电极多孔介质中迁移及转化行为的三相非稳态动力学模型，在模型指导下合理调控电极极化行为，从而保障污染物在电极表面的高反应活性及能耗降低

电化学方法用于水中污染物降解具有诸多优点，但是电化学方法应用于废水处理时会发生偏离理想电极模型的极化现象，从而产生过电位导致阴极电位低于理论值、阳极电位高于理论值，这也是使得实际运行时污染物氧化还原能耗上升并诱发析氢析氧等副反应，其中阳极析氧是关键所在。故如何调节电极极化行为、特别是阳极极化行为来降低污染物处理能耗是保证电化学方法经济性的前提，也是目前制约电化学方法在废水处理领域大规模应用的主要原因之一。本研究针对活化极化和浓差极化，对调控介孔IrO2膜阳极极化行为的科学机制进行研究：采用离子掺杂修饰、结合Armstrong等效电路模型与电化学交流阻抗谱解析高场近似下活化极化Tafel系数与膜电极组份关联机制；从多相催化反应规律探询污染物及竞争反应物在电极表面的扩散、吸附、转化的浓差极化动力学，并借助微观孔结构及尺度分析、采用DFT理论对电极结构进行优化，合理调控电极极化行为。