稀土离子对铅电极特性的影响规律和机理研究

铅是硫酸溶液中最常用的阳极放氧活性电极材料，采用稀土离子进行电化学表面改性技术改善铅电极性能是制备性能优良铅电极的有效方法。本项目采用铅为工作电极，在硫酸溶液中添加稀土离子，应用电化学表面改性技术(恒电势电化学氧化、恒电流电化学氧化、循环伏安电化学氧化等技术)，系统研究硫酸溶液中稀土离子(镧、铈、铕)对铅电极性能的影响。采用线性电势扫描伏安法、循环伏安法、计时电势法、交流阻抗法分析表征稀土离子对铅电极电化学特性和电极寿命的影响规律；用SEM、TEM、XRD、XPS、IPC等分析表征技术，分析表征稀土离子对铅电极表面组成、微观结构的影响规律；剖析稀土离子对铅电极/电解液界面及电化学特性的影响因素和作用规律，获得稀土离子对铅电极特性的影响机理，解决铅电极在硫酸溶液中稀土离子的电化学表面改性技术以及改善铅电极性能等重要科学问题，为稀土离子电化学表面改性，改善铅电极性能提供理论依据和技术参数。

二氧化铅电极因其价格低廉、高析氧电位、化学稳定性好以及高催化活性而受到不断地关注。然而电极在使用的过程中，二氧化铅容易从基体表面脱落，这样就会造成电极的稳定性、使用寿命以及催化性能降低。为了进一步提高其性能，本项目从通过表面稀土掺杂和制备稀土掺杂的纳米管状结构两个方面对二氧化铅电极做了改性研究。通过循环伏安法(CV)和共电沉积法(CD)制备了稀土掺杂的PbO2电极。通过向电沉积液添加少量纳米TiO2颗粒、表面活性剂和稀土元素对PbO2电极进行共掺杂改性。采用阳极氧化法和脉冲电沉积法成功制备了稀土改性的纳米管状结构Ti/TiO2NT/PbO2电极。首次以稀土改性的具有防腐蚀性能的TiO2纳米膜作为中间层，在此基础上电沉积二氧化铅，制备出新型结构的Ti/TiO2/PbO2电极。实验结果表明：掺杂改性的电极性能都有不同程度的提高，改性后电极表现出更小的电荷转移电阻和更高的析氧电位；强化寿命测试实验表明：改性后电极拥有更长的寿命和更强的耐腐蚀性。