纳米tio2膜电极的电化学阻抗谱

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1、万方数据第23卷第3期2006年3月应用化学CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYV01．23No3Mar2006纳米TiO：膜电极的电化学阻抗谱褚道葆”张金花“5冯德香。李晓华。姚文俐4(4安徽师范大学化学与材料科学学院，安徽省功能性分子固体重点实验室芜湖2410005池州师范专科学校化学系池州)摘要用电化学阻抗谱(EIS)研究了纳米'riO，膜电极在2种不同溶液中的电化学行为，给出了相应的等效电路和动力学参数。实验结果表明，外加偏置电位和电解液的性质对纳米TiO。膜的界面结构和表面电化学反应速度有显著影响，在膜反应电位区间电极阻抗主

2、要由膜电阻毋、电化学极化电阻R。和Warburg阻抗Z。组成，在1mol／LH2SO。溶液和含有乙醇的0．5mol／LHOAc．NaOAc缓冲溶液中电极的膜电阻Rr分别为125和7450n·cm2，同时由于纳米TiO：膜表面粗糙度和不均一性的影响，存在弥散效应。关键词纳米T峨膜，电化学阻抗谱，催化电极，异相氧化还原电对中图分类号：0646．5文献标识码：A文章编号：1000-0518(2006)03-0251-05电化学阻抗谱(EIS)方法是研究材料性质、化学和电化学过程以及界面反应机理的有力工具”。。。已有文献报道”141使用EIS表征电极表面修饰膜。纳米Ti

3、O：(nanoTiO：)膜具有独特的光电和电化学性质，已广泛用于光催化、光电催化、光电池和电催化等领域”。o。有关纳米TiO：膜电极的制备与表征以及光电化学研究均有大量报道”““，但对纳米TiO，膜的界面结构和电化学过程的动力学研究鲜有报道。已有报道电合成前驱体Ti(OEt)。直接水解法(简称EPDH)制备纳米TiO：膜~”’1“以及对纳米TiO：膜的氧化还原行为和异相电催化性能的研究”4。⋯。本文采用EIS法研究EPDH法制备的Ti基纳米TiO：(Ti／nanoTiO：)膜电极界面结构和电极过程的动力学行为，并结合Ti／nano—TiO：电极的循环方波伏安行为

4、探讨了不同介质和偏置电位对纳米TiO：膜表面电化学行为的影响。1实验部分1．1材料和仪器所用试剂乙醇、醋酸、醋酸钠、硫酸等均为分析纯试剂，用二次去离子水配制溶液，Ti金属用TA．型纯钛(纯度为99．6％)。CHl660A电化学工作站(USACHInstrument)和LK98A电化学分析系统(天津兰力科公司)。1．2纳米Tio：膜电极的制备前驱体rri(OEt)。的电合成方法参见文献[12一15]。按文献[13，15]方法直接水解前驱体Ti(OEt)。的乙醇溶液制成纳米TiO：溶胶，采用提拉法将TiO：溶胶涂覆在表面洁净的Ti基体上，自然干燥后红外灯下加热干燥2

5、0rain，在马福炉中恒温723K煅烧30min，冷却至室温后取出。上述过程重复操作4～5次，即制成Ti基纳米TiO：(Ti／nanoTiO：)膜电极(电极面积0．04cm2)。1．3电化学测试电化学测试采用三电极系统，Ti／nanoTiO：膜电极(O，04cm2)作研究电极，犬面积P【黑电极作辅助电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，电解液分别为1mol／LH：SO。溶液和体积比为1：1的乙醇与0．5mol／L的HOAc．NaOAc缓冲溶液的混合溶液(以下简称C—H-Na溶液)。EIS测试所用交流电位幅值20054)5-20收稿。20054)9—16修回国家

6、自然科学蕈金(20476001)和安徽省自然科学基金(00045317)资助项日通讯联系人：褚道檩，男，L950年生，教授；Emall：dbchu00sina∞m；研究方向：绿色化学和纳米材料万方数据应用化学第23卷为5mV，测量频率为100kHz一0．01Hz，所有实验均在室温常压下进行。2结果与讨论2．1Ti／llanoTi02电极在1mol／LH2S04溶液中的EIs研究图1为Ti／nanoTiO：膜电极在1mol／LH：SO。溶液中的交流阻抗复数平面(Nyquist)图。从图中可以看出，在偏置电位为0．0V时(图1曲线a)，电化学阻抗图谱的高频区为一不完

7、整的半圆弧，半圆的直径代表nanoTiO：膜层的阻抗毋，这是由于电子通过nanoTiO：膜发生欧姆极化引起的，其阻抗值约为t25n·cm2，远小于由电氧化制得的TiO：膜的阻抗““，表明nanoTiO：膜具有高导电性。这种高导电性不但与nfltnoTiO：膜电极比表面积大有关，而且与纳米粒子的尺寸效应、膜的结构及TiO：晶型有关。由于n—oTiO：粒子之间存在许多纳米级空隙，纳米膜层的比表面积大，与之对应的薄液膜结构也相应更多，容易发生物质交换，所以膜电阻较小。中频区的交流阻抗图谱基本为一条倾角45。的直线，这是多孔电极阻抗曲线的典型特征““，表明此时电荷转移受

8、膜中电子的扩散速率控制”