二氧化铅修饰玻碳电极的镀膜循环伏安法制备及电催化性能

1、二氧化铅修饰玻碳电极的镀膜/循环伏安法制备及电催化性能         11-04-22 13:34:00     编辑：studa20                    作者：刘有芹   乐文志 薛峰峰 颜芸 徐莉【摘要】  采用镀膜/循环伏安法制备了P

2、bO2修饰玻碳电极。在Pb(NO3)2溶液中，在-0.7 V 将Pb膜沉积在玻碳电极表面，然后在5 mol/L NaOH溶液中以100 mV/s速度在-1.01.0 V循环伏安扫描20次，PbO2膜均匀沉积在玻碳电极表面。采用交流阻抗法监控电极修饰每一过程，环境扫描电镜表征电极表面形貌。探讨了PbO2膜的沉积机理及其电化学行为，表面活性位点覆盖量为7.5×10-10 mol/cm2。PbO2修饰电极对H2O2电氧化表现出较高催化活性，起始氧化电位低至0.1 V，考察了影响催化活性的因素。计时电流法测定H2O2 (工作电位0.40 V)，响应时间小于2 s; 线性范围为5.0 

3、5;10-6 5.5×10-4 mol/L;检出限1.1×10-6 mol/L (信噪比为3)。在实际水样中H2O2测定结果满意。电极在室温环境下储存30 d，其催化活性基本不变。该修饰电极制备工艺简单、重现性良好、稳定性高。 【关键词】  二氧化铅; 玻碳电极; 镀膜/循环伏安法; 电催化1 引 言H2O2是环境及生物系统中重要的媒介物，对其检测具有重要意义。电化学方法因其灵敏、快速、可靠而受到关注。在传统电极上直接氧化或还原H2O2易受生物体系中电活性物质的干扰及电极过电位等影响， 采用化学修饰电极是解决这类问题的一种选择。纳米金属氧化物因其较大的比表面积、良

4、好的生物相容性及化学和物理稳定性，广泛用于生物传感器研究， 如：氧化镍1、氧化钨2、氧化铅3、氧化钌4、纳米铜5、四氧化三铁6和氧化钴7等。由于PbO2具有价廉、电导率高、腐蚀性介质中化学稳定性好及电催化性能高等优点，在燃料电池8、电催化氧化降解有机污染物9等方面应用广泛;在电化学传感器10方面亦有报道，如将Cr氧化为Cr而用于电分析11。PbO2的物理、化学和电化学特性受其形态和制备方法影响很大，因此设计适当的薄膜制备方法至关重要。PbO2修饰电极制备方法很多：如溶胶凝胶法8和电沉积12等。电化学方法制备的PbO2比用化学方法制备的PbO2电化学活性要高13。PbO2可以在酸性14或碱性15

5、溶液中电化学制备。PbO2的电沉积机理16,17可归于以下反应：H2O OHads + H+ + e-(1)Pb2+ + OHads Pb(OH)2+(2)Pb(OH)2+ + H2O Pb(OH)2+2+ H+e-(3)Pb(OH)2+2 PbO2 + 2H+(4)Pb2+的氧化与反应(1)生成并吸附在电极表面的OHads有关，反应(3)生成的Pb(OH)2+2不稳定，经反应(4)分解为PbO2， 沉积在电极上。本研究采用镀膜/循环伏安法制备PbO2膜修饰玻碳电极，确保PbO2膜均匀、紧密附着在电极上。PbO2/GC电极对H2O2电氧化具有很好的催化作用，过电位明显降低，可用于实际样品中H2

6、O2测定。2 实验部分2.1 仪器与试剂CHI 660C电化学工作站(上海辰华仪器有限公司);pHS25酸度计(上海雷磁仪器厂);XL30型环境扫描电子显微镜(ESEM，Philips公司);三电极体系：玻碳电极(GC， 3.0 mm)为工作电极，851型Ag/AgCl(饱和KCl)为参比电极;铂柱(1 mm×5 mm)为对电极。Pb(NO3)2，30% H2O2等试剂均为分析纯;实验用水为去离子二次蒸馏水。2.2 实验方法3 结果与讨论3.1 PbO2/GC电极的制备根据图1和图2中氧化峰A2与Pb2+浓度无关，与扫速有关的现象，可以断定氧化峰A2不是Pb的氧化峰，应归于H2O或O

7、H-被氧化为OHads自由基吸附于电极表面16，17。同时可以确定氧化峰A1对应PbPb2+，C1还原峰对应Pb2+Pb，Pb膜沉积电位应小于0.49 V。图1 不同浓度Pb2+在GC电极上的循环伏安图Fig.1 Cyclic voltammogram of GC electrode in 0.5 mol/L NaClO4 solution containing different concentration of Pb2+a-e: 0.54, 0.72, 0.90, 1.08, 0 mmol/L Pb2+. Scan rate: 40 mV/s. 图2 Pb2+在GC电极上不同扫描速率下的循环伏安图Fig.2 Cyclic voltammogram of GC electrode in 0.5 mol/L NaClO4 solution containing 1.08 mmol/L Pb2+ at 5, 10, 20, 40 mV/s.Fig.3 Cyclic voltammogram of Pb/GC electrode in 5 mol/L NaOH solutionScan rate: 100 mV/s, num