一種電催化電極、其制備方法及用途與流程

本發明屬于電化學技術領域，涉及一種電催化電極、其制備方法及用途。

背景技術：

揮發性有機物(VOCs)是室內空氣中的主要氣態污染物，包括甲醛和苯系物。這些污染物對人體健康具有很大危害，可致病、致癌、致畸。市場上，消除室內空氣中VOCs的凈化技術主要包括物理吸附、臭氧氧化法、光催化、熱催化氧化法和等離子體凈化技術。但是這些技術普遍存在能耗高、具有安全隱患及產生二次污染的問題。

熱催化氧化法具有操作簡單的優點，能夠將VOCs降解為無毒的CO₂和水。目前，已有室溫條件下就能夠將甲醛完全氧化為CO₂和水的催化材料和相關室內空氣凈化產品，但室溫條件下氧化降解苯系物的產品還未發現。由于苯系物分子結構復雜，室溫條件下熱催化氧化消除苯系物還難以實現。目前，即使是活性最高的催化劑，苯系物燃燒的溫度也要150℃左右，難以應用于室內環境條件下的苯系物凈化。因此開發安全經濟、無二次污染的苯系物消除方法，對提高室內空氣質量具有非常重要的意義。

電催化氧化技術的顯著優勢是能夠在常溫常壓的條件下，通過改變界面電場有效地降低反應體系的能壘，是一種基本對環境無污染、低能耗的“綠色”技術，并且所有的有機分子都可以通過電化學方法氧化。近年來，電催化氧化技術應用于液相有機污染物消除的研究廣泛，從簡單的直鏈有機物到復雜的多環芳烴類化合物，電催化方法都可以將這些有毒污染物氧化成CO₂和水。

CN 105776431 A公開了一種電催化電極的制備及應用方法，以鈦為基體，采用熱沉積的方法將Bi-SnO₂-Sb₂O₃-CNT沉積到鈦基體上，然后利用電沉積的方法將PbO₂活性表層沉積到Bi-SnO₂-Sb₂O₃-CNT中間層上，制備出Ti/Bi-SnO₂-Sb₂O₃-CNT/PbO₂電催化電極。所制備的電催化電極用于超聲電催化殺藻和降解藻毒素，效果優良。

CN 105239095 A公開了一種Ti/Sb-SnO₂/Nd-nanoTiO₂-PbO₂電極的制備及其降解活性藍117的方法，包括如下步驟：(1)對鈦片預處理；(2)在鈦片上涂覆由組成：32g SbCl₃，150g SnCl₄·5H₂O，50mL濃鹽酸，300mL的n-C₄H₉OH的涂液，烘干和熱分解，得鍍有錫銻氧化物底層的電極；(3)在組成為：Pb(NO₃)₂＝0.5mol/L、HNO₃＝0.1mol/L、0.04M Nd(NO₃)₃、NaF＝0.04mol/L和nano TiO₂＝8gL^-1的電鍍液中采用5mA cm^-2電鍍1.5h，得Ti/Sb-SnO₂/Nd-nanoTiO₂-PbO₂電極；(4)電催化降解污水中有機染料活性藍117。所述電極的鍍層內應力大幅下降，晶體顆粒精細致密，同時提高二氧化鉛電極的使用壽命與催化活性。

但是，上述電極沒有針對室內揮發性有機污染物，有必要進一步研究電催化電極，提高其降解室內揮發性有機物的性能。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種電催化電極、其制備方法及用途，所述電催化電極用于電催化氧化中的陽極，能夠實現室溫將VOCs完全氧化，且產物中80v％以上為CO₂。

本發明如無特殊說明，所述wt％是指質量百分含量，所述v％是指體積百分含量，所述M是指mol/L，所述室溫是指20-45℃，如22℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃、40℃或42℃等。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種電催化電極，所述電催化電極包括金屬Ti基底，所述電催化電極還包括位于Ti基底表面的活性物質層，所述活性物質層是由納米顆粒堆砌而成的致密層，納米顆粒的材質為摻雜的SnO₂，摻雜元素包括F和Sb。

所述活性物質層在Ti基底表面的負載量為2-10mg cm^-2，如2.5mg cm^-2、3mg cm^-2、3.5mg cm^-2、4mg cm^-2、4.5mg cm^-2、5mg cm^-2、5.5mg cm^-2、6mgcm^-2、6.5mg cm^-2、7mg cm^-2、7.5mg cm^-2、8mg cm^-2、8.5mg cm^-2或9.5mgcm^-2等。

優選地，所述摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或9.5nm等。

所述摻雜元素與Sn的摩爾比為0.04-0.5，如0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、02、0.3或0.4等。

優選地，所述Sb和F的摩爾比為(0.2-100):1，如0.5:1、0.8:1、1:1、3:1、5:1、6:1、8:1、10:1、12:1、15:1、18:1、20:1、25:1、28:1、30:1、32:1、35:1、38:1、40:1、42:1、45:1、48:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或95:1等。

所述的金屬Ti基底為泡沫鈦和/或鈦網，優選為泡沫鈦。鈦網的效果不如泡沫鈦，因為負載活性物質的量會少很多。

本發明還提供了一種電催化電極的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)對金屬Ti基底進行預處理，得到預處理后的金屬Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預處理后的金屬Ti基底上電鍍Sn和Sb，得到表面有鍍層的Ti基底，其中，電鍍液為含有Sn的可溶性化合物、Sb的可溶性化合物和HNO₃的乙二醇溶液，電鍍的時間為15-60min；

(3)在表面有鍍層的金屬Ti基底上涂覆漿液，干燥后，焙燒，得到活性物質位于Ti基底表面的電催化電極，其中，漿液為含有Sn的可溶性化合物、F的可溶性化合物、Sb的可溶性化合物及HNO₃的異丙醇和正丁醇的混合溶液；活性物質由納米顆粒堆砌而成，且活性物質為摻雜的SnO₂層，摻雜元素包括F和Sb。

其中，步驟(2)所述的電鍍是提高電極活性的重要因素，且電鍍時間是影響電催化電極中的活性物質層為納米顆粒的關鍵因素。步驟(2)和步驟(3)中僅能使用HNO₃，使用其它的酸在高壓下陰離子會在陽極參與反應。

步驟(2)中乙二醇是適合高壓電解的溶劑，電鍍過程電壓超過10V，水相體系不合適。

步驟(1)所述預處理包括如下步驟：首先用強堿溶液浸泡金屬Ti基底；之后浸入弱酸溶液中煮沸；再用去離子水超聲清洗金屬鈦基底表面。

優選地，所述強堿溶液的濃度為10wt％-20wt％，如12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％或19wt％等，所述強堿溶液優選為NaOH溶液。所述強堿溶液是指在水溶液中幾乎能全部電離的堿類。

優選地，所述金屬Ti基底在強堿溶液中浸泡的時間為10min，浸泡時的溫度為80℃。

優選地，所述弱酸溶液的濃度為10wt％，所述弱酸溶液優選為草酸溶液。所述弱酸溶液是指溶于水后物質中的氫離子不能完全溶解的酸。

優選地，所述金屬Ti基底在弱酸溶液中煮沸1-3h，如1.2h、1.5h、1.8h、2.0h、2.2h、2.5h或2.8h等。

步驟(2)所述電鍍時間為15-60min，如16min、18min、20min、22min、25min、28min、30min、35min、40min、45min、48min、50min、55min或58min等，電鍍時間對最終的電催化電極的性能影響很大，電鍍時間少，則無法得到致密鍍層，電鍍時間長，則生成的納米顆粒進入電解池無法繼續沉積在電極表面增加能耗成本。

步驟(2)所述電鍍使用Pt片為陽極。

優選地，步驟(2)所述電鍍的電流為10-15mA cm^-2，如11mA cm^-2、12mA cm^-2、13mA cm^-2、14mA cm^-2或14.5mA cm^-2等。

優選地，步驟(2)所述Sn的可溶性化合物的濃度為1-2M，如1.2M、1.5M、1.8M或1.9M等，所述Sn的可溶性化合物優選為SnCl₄。

優選地，步驟(2)所述Sb的可溶性化合物的濃度為0.2-1M，如0.3M、0.4M、0.5M、0.6M、0.7M、0.8M或0.9M等，所述Sb的可溶性化合物選自Sb的鹵化物，如SbCl₃、SbF₃或SbBr₃中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，步驟(2)所述HNO₃的濃度為0.1-1M，如0.15M、0.2M、0.25M、0.3M、0.35M、0.4M、0.45M、0.5M、0.6M、0.7M、0.8M或0.9M等。

步驟(3)所述漿液中Sn的可溶性化合物的濃度為0.2-1M，如0.3M、0.4M、0.5M、0.6M、0.7M、0.8M或0.9M等，所述Sn的可溶性化合物優選為SnCl₄。

優選地，步驟(3)所述漿液中F的可溶性化合物的濃度為0.001-0.1M，如0.003M、0.005M、0.007M、0.009M、0.01M、0.03M、0.05M或0.08M等，所述F的可溶性化合物優選為NaF。

優選地，步驟(3)所述漿液中Sb的可溶性化合物的濃度為0.02-0.1M，如0.03M、0.04M、0.05M、0.06M、0.07M、0.08M或0.09M等，所述Sb的可溶性化合物選自Sb的鹵化物，如SbCl₃、SbF₃或SbBr₃中的任意一種或至少兩種的組合。

優選地，步驟(3)所述漿液中HNO₃的濃度為0.1-1M，如0.3M、0.4M、0.5M、0.6M、0.7M、0.8M或0.9M等。

優選地，步驟(3)所述干燥的溫度為100℃，干燥的時間為5min。

優選地，步驟(3)所述焙燒的溫度為500℃，升溫速率5℃min^-1。

優選地，步驟(3)涂覆漿液的次數至少為2次，如3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次或10次等。

優選地，步驟(3)所述活性物質層在金屬Ti基底表面的負載量為2-10mgcm^-2，如2.5mg cm^-2、3mg cm^-2、3.5mg cm^-2、4mg cm^-2、4.5mg cm^-2、5mgcm^-2、5.5mg cm^-2、6mg cm^-2、6.5mg cm^-2、7mg cm^-2、7.5mg cm^-2、8mgcm^-2、8.5mg cm^-2或9.5mg cm^-2等。

作為優選的技術方案，所述制備方法包括如下步驟：

(1)首先用濃度為10wt％-20wt％的NaOH溶液在80℃條件下浸泡金屬Ti基底10min；之后浸入濃度為10wt％的草酸溶液中煮沸1-3h；再用蒸餾水超聲清洗金屬鈦基底表面的草酸和草酸鈦，得到預處理后的金屬Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預處理后的Ti基底上電鍍Sn和Sb，得到表面有鍍層的Ti基底，其中，電鍍液為含有1-2M SnCl₄、0.2-1MSb的可溶性化合物和0.1-1M HNO₃的乙二醇溶液，所述電鍍使用Pt片為陽極；電鍍的電流為10-15mA cm^-2；電鍍的時間為15-60min；

(3)在表面有鍍層的金屬Ti基底上涂覆漿液，在100℃條件下干燥5min后，在500℃條件下焙燒，升溫速率為5℃min^-1，得到活性成分層位于Ti基底表面的電催化電極，其中，漿液為含有0.2-1M SnCl₄、0.02-0.1M Sb的可溶性化合物、0.001-0.1M F的可溶性化合物及0.1-1M HNO₃的異丙醇和正丁醇的混合溶液，活性成分層是由納米顆粒堆砌而成，且活性成分層為摻雜的SnO₂層，摻雜元素包括F和Sb。

本發明還提供了一種如上所述的電催化電極的用途，其用于在15-45℃條件下電催化氧化消除室內揮發性有機污染物中的陽極，如在18℃、20℃、25℃、28℃、30℃、35℃、38℃或43℃等。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明提供的電催化電極的活性成分層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，且納米顆粒的大小為1-10nm，增大了其與待消除污染物的接觸面積；

本發明提供的電催化電極的制備方法簡單；

本發明提供的電催化電極能夠在室溫條件下將VOCs氧化，消除率達100％，并且產物大部分為CO₂(80v％以上)，其余為少量的CO。

附圖說明

圖1a為預處理后的Ti基底表面的SEM圖；

圖1b和圖1c為實施例1制得的電催化電極在不同放大倍數條件下的SEM圖；

圖2為實施例1制得的電催化電極的XRD圖；

圖3a為SnO₂-Sb₂O₃負載量分別為4.4mg cm^-2和7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極以及對比例4所述的電催化電極用于消除苯的活性測試曲線圖；其中：■表示SnO₂-Sb₂O₃負載量為4.4mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極對苯的消除率；□表示SnO₂-Sb₂O₃負載量為7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極對苯的消除率；表示對比例4所述的Ti/SnO₂電極對苯的消除率。

圖3b為SnO₂-Sb₂O₃負載量分別為4.4mg cm^-2和7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極以及對比例4所述的電催化電極用于消除苯CO和CO₂的生成產率曲線圖，其中，○表示SnO₂-Sb₂O₃負載量為7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO₂的生成產率；△表示SnO₂-Sb₂O₃負載量為7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO的生成產率；●表示SnO₂-Sb₂O₃負載量為4.4mg cm-²的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO₂的生成產率；▲表示SnO₂-Sb₂O₃負載量為4.4mg cm-²的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO的生成產率；⊕表示對比例4所述的電催化電極用于消除苯CO₂的生成產率；表示對比例4所述的電催化電極用于消除苯CO的生成產率。

圖4為本發明一種實施方式提供的氣-固電催化氧化電解池的結構示意圖，其中：1，第一出氣口；2，第一進氣口；3-1，第一接線柱；3-2，第二接線柱；3-3，第三接線柱；4，一體結構；5，陽極氣室；6，陰極氣室；7，第二出氣口；8，第二進氣口；9-1，第一密封件；9-2，第二密封件；10-1，第三密封件；10-2，第四密封件。

圖5為碳紙的SEM圖。

圖6為負載了部分還原的氧化石墨烯的碳紙的SEM圖。

圖7為電催化還原氧氣的陰極材料的低倍放大SEM圖。

圖8為電催化還原氧氣的陰極材料的高倍放大SEM圖。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

一種Ti/Sb-SnO₂的制備方法，包括如下步驟：

(1)采用泡沫鈦做基底，首先用20wt％NaOH溶液在80℃浸泡該基底10min，去掉表面油污；之后用10wt％草酸溶液煮沸3h，經草酸刻蝕的泡沫鈦表面呈灰色麻面，如圖1a；用蒸餾水超聲清洗鈦基底表面的草酸和草酸鈦，得到預處理后的泡沫Ti基底；

(2)在預處理后的泡沫Ti基底上電鍍Sn和Sb，鍍液為：1M SnCl₄、0.2M SbCl₃和0.1M HNO₃的乙二醇溶液，Pt片為陽極，電流為15mA cm^-2，電鍍時間為60min；之后在500℃焙燒30min，得到表面有SnO₂和Sb₂O₃的Ti基底；

(3)在表面有SnO₂和Sb₂O₃的Ti基底上刷漿，漿液組成：0.5M SnCl₄、0.02M SbCl₃、0.001M NaF、0.1M HNO₃的50mL異丙醇和正丁醇混合溶液，刷漿后放入100℃烘箱干燥5min；之后再刷漿，干燥；

(4)重復步驟(3)6次后再在500℃焙燒，在泡沫Ti基底上生成4.4mg cm^-2的SnO₂-Sb₂O₃氧化層，即為Ti/Sb-SnO₂電極。

對得到的Ti/Sb-SnO₂電極進行XRD和SEM測試，結果如圖2、圖1b和圖1c所示。從圖2可以看出得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；從圖1b和圖1c可以看出得到的氧化層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、5nm、7nm或9nm等。經分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F和Sb的總摩爾量與Sn的摩爾量之比為0.04；所述Sb和F的摩爾比為10:1。

實施例2

一種Ti/Sb-SnO₂的制備方法，所述制備方法除步驟(4)為重復步驟(3)10次后再在500℃焙燒外，其余與實施例1相同。在Ti基底上生成7.7mgcm^-2的SnO₂-Sb₂O₃氧化層，即為Ti/Sb-SnO₂電極。

對得到的Ti/Sb-SnO₂電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、5nm、7nm或9nm等。經分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F和Sb的總摩爾量與Sn的摩爾量之比為0.04；所述Sb和F的摩爾比為10:1。

以實施例1-2制得的SnO₂-Sb₂O₃負載量為4.4mg cm^-2和7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極分別作為陽極、Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極體系為陰極，在室溫外加2V電壓條件下，電催化氧化苯，測試其電催化氧化苯的活性。所述陰極的制備方法包括如下步驟：

(1)將碳紙置于曲拉通非離子型表面活性劑中浸泡8-24h，取出后用去離子水超聲清洗2-4h，得到親水性碳紙；

(2)將親水性碳紙在200-400℃焙燒5h，得到焙燒產物；

(3)將焙燒產物置于濃度為0.1-0.5wt％的氧化石墨烯分散液中，超聲1-5h，取出后得到表面負載有氧化石墨烯的焙燒產物；

(4)將步驟(3)得到的產物置于濃度為1-10mg mL^-1的抗壞血酸溶液中靜置8-24h，之后在40-80℃水浴中靜置2h，得到表面負載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產物；

(5)將表面負載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產物作為陰極，以Pt片為陽極，采用含有10mM的NH₄Cl和1mM的PtCl₄的pH值為1的電鍍液，以20mA的電流電鍍10-20min，在部分還原的氧化石墨烯表面沉積Pt，得到所述陰極材料。

在測試中使用的Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極包括碳紙、部分還原的氧化石墨烯和Pt，所述部分還原的氧化石墨烯負載于碳紙表面，所述Pt負載于部分還原的氧化石墨烯表面，所述碳紙和Pt的質量分別為76mg和7.5mg，所述Pt的粒徑平均尺寸為200nm。其制備方法，包括如下步驟：

(1)將碳紙置于曲拉通X-100非離子型表面活性劑中浸泡12h，取出后用去離子水浸泡2h，超聲清洗后得到親水性碳紙；

(2)焙燒親水性碳紙5h，得到焙燒產物；

(3)將焙燒產物置于濃度為0.1wt％的氧化石墨烯分散液中，超聲3h，取出后得到表面負載有氧化石墨烯的焙燒產物；

(4)將步驟(3)得到的產物置于濃度為1mg mL^-1的抗壞血酸溶液中靜置12h，得到表面負載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產物；

(5)將表面負載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產物作為陰極，以Pt片為陽極，采用含有10mM的NH₄Cl和1mM的PtCl₄的pH值為1的電鍍液，以20mA的電流電鍍120min，在部分還原的氧化石墨烯表面沉積Pt，得到所述電催化氧化陰極。如圖5為碳紙的SEM圖，從圖中可以看出，其表面光滑；圖6為沉積了部分還原的氧化石墨烯的碳紙的SEM圖，其表面粗糙。所述電催化還原氧氣的陰極材料如圖7和8所示，從圖中可以看出Pt在碳纖維表面的生長受石墨烯片層結構誘導，形成薄片豎立在石墨烯表面，寬度約為200nm。

所述測試在用于氣-固相電催化反應的反應器(如圖4所示)上進行。所述反應器包括陽極氣室5、陰極氣室6、電催化陽極、隔膜和電催化陰極，所述電催化陽極和電催化陰極均可透氣；所述隔膜不透氣，且質子能夠通過所述隔膜；

所述隔膜置于電催化陽極和電催化陰極之間，且三者組成整體，構成一體結構4；所述一體結構4通過將電催化陽極、隔膜和電催化陰極在2-10公斤的壓力下壓合得到；

所述陽極氣室5和陰極氣室6獨立地為設有通孔的腔體，所述一體結構4置于陽極氣室5的通孔和陰極氣室6的通孔之間，并將陽極氣室5的通孔和陰極氣室6的通孔覆蓋；

所述陽極氣室5設置有第一進氣口2、第一出氣口1和第一導線，第一導線的一端與電催化陽極相連，另一端沿陽極氣室5的內壁與電源的正極相連；所述第一進氣口2中還設置第一進氣管，所述第一進氣管包括導流段和擴大段，所述擴大段的直徑大于導流段的直徑，所述第一進氣管的擴大段位于陽極氣室5中；

作為優選，所述陽極氣室5還設置第一接線柱3-1；所述第一導線鹽陽極氣室5的內壁，一端與電催化陽極相連，另一端與第一接線柱3-1相連；

作為優選，所述陽極氣室5還設置有第一密封件9-1和第三密封件10-1；

所述陰極氣室6設置有第二進氣口8、第二出氣口7和第二導線，第二導線的一端與電催化陰極相連，另一端沿陰極氣室6的內壁與電源的負極相連；所述第二進氣口8中還設置第二進氣管，所述第二進氣管包括導流段和擴大段，所述擴大段的直徑大于導流段的直徑，所述第二進氣管的擴大段位于陰極氣室6中。

作為優選，所述陰極氣室6還設置第二接線柱3-2和第三接線柱3-3，所述第二導線沿陽極氣室5的內壁，一端與電催化陰極相連，另一端與第二接線柱3-2相連；所述第三接線柱3-3用于連接參比電極；

作為優選，所述陰極氣室6還設置第二密封件9-2和第四密封件10-2；所述第一密封件9-1與第二密封件9-2配合；所述第三密封件10-1與第四密封件10-2配合；使得陽極氣室5與陰極氣室6密封連接；

所述隔膜為質子交換膜，例如Nafion117。

利用如上所述的反應器電催化氧化消除揮發性有機污染物的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)將電催化陽極與電催化陰極分別與電壓為2-4V直流電源的正極和負極相連；

(2)將含有水蒸氣的揮發性有機污染物和含氧氣體分別通入陽極氣室和陰極氣室，含有水蒸氣的揮發性有機物的流速為20-100mL min^-1，含有水蒸氣的揮發性有機污染物濕度為100％；含氧氣體的流速為4-20mL min^-1；含氧氣體中所述氧氣的含量為10-20v％；揮發性有機污染物中的水蒸氣在電催化陽極發生氧化反應產生活性氧物種和質子，活性氧物種礦化揮發性有機污染物，質子通過隔膜后在電催化陰極與氧氣發生還原反應生成水，所述氧化反應和還原反應的溫度為20-45℃。

測試條件模擬空氣組成，陽極氣室各組分濃度為：30ppm苯、室溫飽和水蒸氣、空氣，氣體流速為100mL min^-1；陰極氣室：80％N₂和20％O₂。反應氣體和產物用氣相色譜和PTR-QTOF質譜檢測儀檢測，測試結果如圖3a和圖3b所示，其中，4.4CO₂和4.4CO分別為活性物質的質量密度為4.4的Ti/Sb-SnO₂電極產生的CO₂和CO的含量；7.7CO₂和7.7CO分別為活性物質的質量密度為7.7的Ti/Sb-SnO₂電極產生的CO₂和CO的含量；從圖中可以看出：所述電催化陽極能夠將30ppm苯完全轉化成CO₂和CO，且CO₂的體積超過80％。

實施例3

一種Ti/Sb-SnO₂的制備方法，所述制備方法除步驟(3)中進行1遍刷漿和干燥外，其余與實施例1相同。

在泡沫Ti基底上生成2mgcm^-2的SnO₂-Sb₂O₃氧化層，即為Ti/Sb-SnO₂電極。

對得到的Ti/Sb-SnO₂電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、5nm、7nm或9nm等。經分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F和Sb的總摩爾量與Sn的摩爾量之比為0.04；所述Sb和F的摩爾比為10:1。

實施例4

一種Ti/Sb-SnO₂的制備方法，所述制備方法除步驟(3)中進行20遍刷漿和干燥外，其余與實施例1相同。

在泡沫Ti基底上生成10mgcm^-2的SnO₂-Sb₂O₃氧化層，即為Ti/Sb-SnO₂電極。

對得到的Ti/Sb-SnO₂電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、5nm、7nm或9nm等。經分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F和Sb的總摩爾量與Sn的摩爾量之比為0.04；所述Sb和F的摩爾比為10:1。

實施例5

一種電催化電極，其制備方法包括如下步驟：

(1)首先用濃度為20wt％的NaOH溶液在80℃條件下浸泡泡沫Ti基底10min；之后浸入濃度為10wt％的草酸溶液中煮沸3h；再用蒸餾水超聲清洗泡沫鈦基底表面的草酸和草酸鈦，得到預處理后的泡沫Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預處理后的泡沫Ti基底上電鍍Sn和Sb，得到表面有鍍層的泡沫Ti基底，電鍍液為含有1M SnCl₄、1M SbCl₃和0.1M HNO₃的乙二醇溶液，所述電鍍使用Pt片為陽極；電鍍的電流為15mA cm^-2；電鍍的時間為60min；

(3)在表面有鍍層的泡沫Ti基底上涂覆漿液，在100℃條件下干燥5min，其中，漿液為含有0.2M SnCl₄、0.1M SbCl₃、0.001M NaF及1M HNO₃的異丙醇和正丁醇的混合溶液；

(4)重復步驟(3)4次后，將產物在500℃條件下焙燒，升溫速率為5℃min^-1，得到活性成分層位于Ti基底表面的電催化電極，活性成分層是由納米顆粒堆砌而成，且活性成分層為摻雜的SnO₂層，摻雜元素包括第一摻雜元素和第二摻雜元素，第一摻雜元素選自F，第二摻雜元素選自Sb。在泡沫Ti基底上生成3.2mg cm^-2的SnO₂-Sb₂O₃氧化層，即為Ti/Sb-SnO₂電極。

對得到的Ti/Sb-SnO₂電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、5nm、7nm或9nm等。經分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F和Sb的總摩爾量與Sn的摩爾量之比為0.5；所述Sb和F的摩爾比為100:1。

實施例6

一種電催化電極，其制備方法包括如下步驟：

(1)首先用濃度為20wt％的NaOH溶液在80℃條件下浸泡泡沫Ti基底10min；之后浸入濃度為10wt％的草酸溶液中煮沸3h；再用蒸餾水超聲清洗泡沫鈦基底表面的草酸和草酸鈦，得到預處理后的泡沫Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預處理后的泡沫Ti基底上電鍍Sn和Sb，得到表面有鍍層的泡沫Ti基底，電鍍液為含有2M SnCl₄、0.2M SbCl₃和0.5M HNO₃的乙二醇溶液，所述電鍍使用Pt片為陽極；電鍍的電流為15mA cm^-2；電鍍的時間為15min；

(3)在表面有鍍層的泡沫Ti基底上涂覆漿液，在100℃條件下干燥5min，其中，漿液為含有1M SnCl₄、0.02M SbCl₃、0.1M NaF及0.1M HNO₃的異丙醇和正丁醇的混合溶液；

(4)重復步驟(3)4次后，將產物在500℃條件下焙燒，升溫速率為5℃min^-1，得到活性成分層位于Ti基底表面的電催化電極，活性成分層是由納米顆粒堆砌而成，且活性成分層為摻雜的SnO₂層，摻雜元素包括第一摻雜元素和第二摻雜元素，第一摻雜元素選自F，第二摻雜元素選自Sb。在泡沫Ti基底上生成2.6mg cm^-2的SnO₂-Sb₂O₃氧化層，即為Ti/Sb-SnO₂電極。

對得到的Ti/Sb-SnO₂電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、5nm、7nm或9nm等。經分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F和Sb的總摩爾量與Sn的摩爾量之比為0.12:1；所述Sb和F的摩爾比為0.2:1。

實施例7

一種電催化電極，其制備方法包括如下步驟：

(1)首先用濃度為15wt％的NaOH溶液在80℃條件下浸泡泡沫Ti基底10min；之后浸入濃度為10wt％的草酸溶液中煮沸3h；再用蒸餾水超聲清洗泡沫鈦基底表面的草酸和草酸鈦，得到預處理后的泡沫Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預處理后的泡沫Ti基底上電鍍Sn和Sb，得到表面有鍍層的泡沫Ti基底，電鍍液為含有1.5M SnCl₄、0.5M SbCl₃和0.3M HNO₃的乙二醇溶液，所述電鍍使用Pt片為陽極；電鍍的電流為15mA cm^-2；電鍍的時間為30min；

(3)在表面有鍍層的泡沫Ti基底上涂覆漿液，在100℃條件下干燥5min，其中，漿液為含有0.5M SnCl₄、0.05M SbCl₃、0.05M NaF及0.3M HNO₃的異丙醇和正丁醇的混合溶液；

(4)重復步驟(3)4次后，將產物在500℃條件下焙燒，升溫速率為5℃min^-1，得到活性成分層位于Ti基底表面的電催化電極，活性成分層是由納米顆粒堆砌而成，且活性成分層為摻雜的SnO₂層，摻雜元素包括第一摻雜元素和第二摻雜元素，第一摻雜元素選自F，第二摻雜元素選自Sb。在泡沫Ti基底上生成3.0mg cm^-2的SnO₂-Sb₂O₃氧化層，即為Ti/Sb-SnO₂電極。

對得到的Ti/Sb-SnO₂電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由納米顆粒堆砌而成，摻雜的SnO₂的顆粒大小為1-10nm，如2nm、5nm、7nm或9nm等。經分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F和Sb的總摩爾量與Sn的摩爾量之比為0.2:1；所述Sb和F的摩爾比為1:1。

將實施例3-7得到的電催化電極作為陽極、Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極體系(制備方法與上述Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極的制備方法相同)為陰極，在室溫外加2V電壓條件下，電催化氧化苯，測試其電催化氧化苯的活性。

測試條件及測試裝置與實施例1-2進行性能測試的條件和裝置相同，結果表明，實施例3-7得到的電催化電極同樣能夠在室溫下消除苯，并且反應的產物體積的80％以上為CO₂。

對比例1

一種電催化電極，除不進行步驟(2)外，其余與實施例1相同。

對得到的電催化電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋；得到的氧化層致密無龜裂，摻雜的SnO₂的顆粒大小為微米級。

對比例2

一種電催化電極，其制備方法除步驟(2)中電鍍的時間為13min外，其余與實施例1相同。

對得到的電催化電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由微米級顆粒堆砌而成。

對比例3

一種電催化電極，其制備方法除步驟(2)中電鍍的時間為62min外，其余與實施例1相同。

對得到的電催化電極進行XRD和SEM測試，結果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進入SnO₂晶格引起SnO₂衍射峰紅移；得到的氧化層致密無龜裂，由微米級顆粒堆砌而成。

將對比例1-3得到的電催化電極作為陽極、Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極體系(制備方法與上述Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極的制備方法相同)為陰極，在室溫外加2V電壓條件下，電催化氧化苯，測試其電催化氧化苯的活性。

測試條件及測試裝置與實施例1-2進行性能測試的條件和裝置相同，結果表明，對比例1得到的電催化電極不能在室溫下消除苯，對比例2和3得到的電催化電極能夠在室溫下消除苯，但是其消除率是實施例1所述電催化電極消除率的50％-65％。

對比例4

一種電催化電極，所述電催化電極包括泡沫鈦基底和負載于泡沫鈦基底上的SnO₂。所述電催化電極的制備方法包括如下步驟：

(1)采用泡沫鈦做基底，首先用20wt％NaOH溶液在80℃浸泡該基底10min，去掉表面油污；之后用10wt％草酸溶液煮沸3h，經草酸刻蝕的泡沫鈦表面呈灰色麻面，如圖1a；用蒸餾水超聲清洗鈦基底表面的草酸和草酸鈦，得到預處理后的泡沫Ti基底；

(2)在預處理后的泡沫Ti基底上電鍍Sn，鍍液為：1M SnCl₄和0.1M HNO₃的乙二醇溶液，Pt片為陽極，電流為15mA cm^-2，電鍍時間為60min；之后在500℃焙燒30min，得到表面有SnO₂的Ti基底；

(3)在表面有SnO₂的Ti基底上刷漿，漿液組成：0.5M SnCl₄、0.1M HNO₃的50mL異丙醇和正丁醇混合溶液，刷漿后放入100℃烘箱干燥5min；之后再刷漿，干燥；

(4)重復步驟(3)6次后在500℃焙燒，在泡沫Ti基底上生成SnO₂氧化層，即為Ti/SnO₂電極。

將對比例4得到的電催化電極作為陽極、Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極體系(制備方法與上述Pt-還原態氧化石墨烯-活性炭纖維紙陰極的制備方法相同)為陰極，在室溫外加2V電壓條件下，電催化氧化苯，測試其電催化氧化苯的活性。

測試條件及測試裝置與實施例1-2進行性能測試的條件和裝置相同，結果如圖3a和圖3b所示，可見，對比例4得到的電催化電極用于室溫下消除苯，其7h時的消除率僅為35％，遠遠低于實施例1所述的電催化電極對苯的消除率。

另外，僅在SnO₂中摻雜F或Sb，得到的材料電催化氧化揮發性有機污染物的活性較差，7h時的消除率僅為20-25％。

申請人聲明，以上所述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，所屬技術領域的技術人員應該明了，任何屬于本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。