锆锡氧化物中间层修饰提升钛基二氧化铅电极性能与稳定性以实现高效电催化降解茜素黄R

本文通过创新性中间层策略制备了Ti/Zr-SnO2/α-PbO2/β-PbO2电极，其电荷转移电阻（Rct）低至88.0 Ω/cm2，析氧电位（OEP）达2.02 V，加速寿命达82.37小时（较传统电极提升8-13倍）。在优化条件下（400 A/m2, pH=8），对茜素黄R（AYR）的去除率高达99.90%，COD去除率74.64%，为染料废水处理提供了高效稳定的解决方案。

　　

Highlight

本研究通过浸渍干燥-滴涂溶剂-高温热解的创新策略，成功构建了Ti/Zr-SnO₂/α-PbO₂/β-PbO₂四层电极。该设计巧妙利用锆（Zr）与钛（Ti）的同族元素特性，以及锡（Sn）与铅（Pb）的结构相似性，使中间层呈现独特的"爆米花"状形貌（图1c），有效缓解传统热解金属氧化物层的龟裂问题。

SEM表征

扫描电镜显示：经混合酸蚀刻的钛基底呈现蜂巢状三维结构（图1a），而Zr-SnO₂中间层则形成致密的纳米颗粒团聚体（图1b）。最令人振奋的是，α-PbO₂层成功填补了中间层空隙，β-PbO₂最终形成完美的金字塔晶体阵列（图1d）——这种"层层补强"的结构使电极寿命突破性达到82.37小时！

XPS分析

X射线光电子能谱揭示了关键机理：Zr-SnO₂层中Sn⁴⁺与Zr⁴⁺形成稳定固溶体，而PbO₂活性层中Pb(II)/Pb(IV)氧化还原对的协同作用，就像"分子级充电宝"般持续提升催化效率。

电化学性能

在400 A/m²电流密度下，该电极展现出"三高"特性：

1. 1.

   超高降解效率：AYR去除率99.90%（近乎完全降解）

2. 2.

   高经济性：单位阶次能耗（E_EO）仅41.17 kWh/m³

3. 3.

   高环境适应性：实际水体中COD去除率仍保持62.57%

结论

这项研究如同为电极穿上了"纳米级防弹衣"：通过Zr-SnO₂固溶体中间层与α/β-PbO₂的梯度设计，既解决了传统电极的"龟裂魔咒"，又实现了催化活性与稳定性的"双赢"，为工业级染料废水处理提供了标杆性解决方案。