本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電催化電極、其制備方法及用途。

背景技術(shù)：

揮發(fā)性有機物(VOCs)是室內(nèi)空氣中的主要氣態(tài)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(nèi)空氣中VOCs的凈化技術(shù)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(shù)。但是這些技術(shù)普遍存在能耗高、具有安全隱患及產(chǎn)生二次污染的問題。

熱催化氧化法具有操作簡單的優(yōu)點，能夠?qū)OCs降解為無毒的CO₂和水。目前，已有室溫條件下就能夠?qū)⒓兹┩耆趸癁镃O₂和水的催化材料和相關(guān)室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品，但室溫條件下氧化降解苯系物的產(chǎn)品還未發(fā)現(xiàn)。由于苯系物分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，室溫條件下熱催化氧化消除苯系物還難以實現(xiàn)。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(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境條件下的苯系物凈化。因此開發(fā)安全經(jīng)濟、無二次污染的苯系物消除方法，對提高室內(nèi)空氣質(zhì)量具有非常重要的意義。

電催化氧化技術(shù)的顯著優(yōu)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(yīng)體系的能壘，是一種基本對環(huán)境無污染、低能耗的“綠色”技術(shù)，并且所有的有機分子都可以通過電化學(xué)方法氧化。近年來，電催化氧化技術(shù)應(yīng)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(fù)雜的多環(huán)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(yīng)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(yōu)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(lán)117的方法，包括如下步驟：(1)對鈦片預(yù)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(lán)117。所述電極的鍍層內(nèi)應(yīng)力大幅下降，晶體顆粒精細(xì)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(nèi)揮發(fā)性有機污染物，有必要進(jìn)一步研究電催化電極，提高其降解室內(nèi)揮發(fā)性有機物的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)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?qū)崿F(xiàn)室溫將VOCs完全氧化，且產(chǎn)物中80v％以上為CO₂。

本發(fā)明如無特殊說明，所述wt％是指質(zhì)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(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)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(zhì)層，所述活性物質(zhì)層是由納米顆粒堆砌而成的致密層，納米顆粒的材質(zhì)為摻雜的SnO₂，摻雜元素包括F和Sb。

所述活性物質(zhì)層在Ti基底表面的負(fù)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(yōu)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(yōu)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(wǎng)，優(yōu)選為泡沫鈦。鈦網(wǎng)的效果不如泡沫鈦，因為負(fù)載活性物質(zhì)的量會少很多。

本發(fā)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(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的金屬Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預(yù)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(zhì)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(zhì)由納米顆粒堆砌而成，且活性物質(zhì)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(zhì)層為納米顆粒的關(guān)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(yīng)。

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

優(yōu)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(jìn)入電解池?zé)o法繼續(xù)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(yōu)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(yōu)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(yōu)選為SnCl₄。

優(yōu)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(yōu)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(yōu)選為SnCl₄。

優(yōu)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(yōu)選為NaF。

優(yōu)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(yōu)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(yōu)選地，步驟(3)所述干燥的溫度為100℃，干燥的時間為5min。

優(yōu)選地，步驟(3)所述焙燒的溫度為500℃，升溫速率5℃min^-1。

優(yōu)選地，步驟(3)涂覆漿液的次數(shù)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(yōu)選地，步驟(3)所述活性物質(zhì)層在金屬Ti基底表面的負(fù)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(yōu)選的技術(shù)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(yù)處理后的金屬Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預(yù)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(fā)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(nèi)揮發(fā)性有機污染物中的陽極，如在18℃、20℃、25℃、28℃、30℃、35℃、38℃或43℃等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)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(fā)明提供的電催化電極的制備方法簡單；

本發(fā)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(dá)100％，并且產(chǎn)物大部分為CO₂(80v％以上)，其余為少量的CO。

附圖說明

圖1a為預(yù)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(shù)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(fù)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(fù)載量為4.4mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極對苯的消除率；□表示SnO₂-Sb₂O₃負(fù)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(fù)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(chǎn)率曲線圖，其中，○表示SnO₂-Sb₂O₃負(fù)載量為7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO₂的生成產(chǎn)率；△表示SnO₂-Sb₂O₃負(fù)載量為7.7mg cm^-2的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO的生成產(chǎn)率；●表示SnO₂-Sb₂O₃負(fù)載量為4.4mg cm-²的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO₂的生成產(chǎn)率；▲表示SnO₂-Sb₂O₃負(fù)載量為4.4mg cm-²的Ti/Sb-SnO₂電極用于消除苯CO的生成產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)率。

圖4為本發(fā)明一種實施方式提供的氣-固電催化氧化電解池的結(jié)構(gòu)示意圖，其中：1，第一出氣口；2，第一進(jìn)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(jié)構(gòu)；5，陽極氣室；6，陰極氣室；7，第二出氣口；8，第二進(jìn)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(fù)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(jié)合附圖并通過具體實施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)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(jīng)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(yù)處理后的泡沫Ti基底；

(2)在預(yù)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(fù)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)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(jìn)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(jīng)分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F(xiàn)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(fù)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(jīng)分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F(xiàn)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(fù)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(tài)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(chǎn)物；

(3)將焙燒產(chǎn)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(fù)載有氧化石墨烯的焙燒產(chǎn)物；

(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)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(fù)載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產(chǎn)物；

(5)將表面負(fù)載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產(chǎn)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(tài)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(fù)載于碳紙表面，所述Pt負(fù)載于部分還原的氧化石墨烯表面，所述碳紙和Pt的質(zhì)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(chǎn)物；

(3)將焙燒產(chǎn)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(fù)載有氧化石墨烯的焙燒產(chǎn)物；

(4)將步驟(3)得到的產(chǎn)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(fù)載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產(chǎn)物；

(5)將表面負(fù)載有部分還原的氧化石墨烯的焙燒產(chǎn)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(jié)構(gòu)誘導(dǎo)，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(yīng)的反應(yīng)器(如圖4所示)上進(jìn)行。所述反應(yīng)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(zhì)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(gòu)成一體結(jié)構(gòu)4；所述一體結(jié)構(gòu)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(shè)有通孔的腔體，所述一體結(jié)構(gòu)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(shè)置有第一進(jìn)氣口2、第一出氣口1和第一導(dǎo)線，第一導(dǎo)線的一端與電催化陽極相連，另一端沿陽極氣室5的內(nèi)壁與電源的正極相連；所述第一進(jìn)氣口2中還設(shè)置第一進(jìn)氣管，所述第一進(jìn)氣管包括導(dǎo)流段和擴大段，所述擴大段的直徑大于導(dǎo)流段的直徑，所述第一進(jìn)氣管的擴大段位于陽極氣室5中；

作為優(yōu)選，所述陽極氣室5還設(shè)置第一接線柱3-1；所述第一導(dǎo)線鹽陽極氣室5的內(nèi)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(yōu)選，所述陽極氣室5還設(shè)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(shè)置有第二進(jìn)氣口8、第二出氣口7和第二導(dǎo)線，第二導(dǎo)線的一端與電催化陰極相連，另一端沿陰極氣室6的內(nèi)壁與電源的負(fù)極相連；所述第二進(jìn)氣口8中還設(shè)置第二進(jìn)氣管，所述第二進(jìn)氣管包括導(dǎo)流段和擴大段，所述擴大段的直徑大于導(dǎo)流段的直徑，所述第二進(jìn)氣管的擴大段位于陰極氣室6中。

作為優(yōu)選，所述陰極氣室6還設(shè)置第二接線柱3-2和第三接線柱3-3，所述第二導(dǎo)線沿陽極氣室5的內(nèi)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(yōu)選，所述陰極氣室6還設(shè)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(zhì)子交換膜，例如Nafion117。

利用如上所述的反應(yīng)器電催化氧化消除揮發(fā)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(fù)極相連；

(2)將含有水蒸氣的揮發(fā)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(fā)性有機物的流速為20-100mL min^-1，含有水蒸氣的揮發(fā)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(fā)性有機污染物中的水蒸氣在電催化陽極發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生活性氧物種和質(zhì)子，活性氧物種礦化揮發(fā)性有機污染物，質(zhì)子通過隔膜后在電催化陰極與氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成水，所述氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)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(yīng)氣體和產(chǎn)物用氣相色譜和PTR-QTOF質(zhì)譜檢測儀檢測，測試結(jié)果如圖3a和圖3b所示，其中，4.4CO₂和4.4CO分別為活性物質(zhì)的質(zhì)量密度為4.4的Ti/Sb-SnO₂電極產(chǎn)生的CO₂和CO的含量；7.7CO₂和7.7CO分別為活性物質(zhì)的質(zhì)量密度為7.7的Ti/Sb-SnO₂電極產(chǎn)生的CO₂和CO的含量；從圖中可以看出：所述電催化陽極能夠?qū)?0ppm苯完全轉(zhuǎn)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(jìn)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(jīng)分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F(xiàn)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(jìn)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(jīng)分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F(xiàn)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(yù)處理后的泡沫Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預(yù)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(fù)步驟(3)4次后，將產(chǎn)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(jīng)分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F(xiàn)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(yù)處理后的泡沫Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預(yù)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(fù)步驟(3)4次后，將產(chǎn)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(jīng)分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F(xiàn)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(yù)處理后的泡沫Ti基底；

(2)采用電沉積方法在預(yù)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(fù)步驟(3)4次后，將產(chǎn)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(jīng)分析，所述摻雜元素包括F和Sb，F(xiàn)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(tài)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(tài)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(jìn)行性能測試的條件和裝置相同，結(jié)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(yīng)的產(chǎn)物體積的80％以上為CO₂。

對比例1

一種電催化電極，除不進(jìn)行步驟(2)外，其余與實施例1相同。

對得到的電催化電極進(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(jìn)行XRD和SEM測試，結(jié)果為：得到的氧化層將泡沫Ti基底全部覆蓋，Sb進(jìn)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(tài)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(tài)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(jìn)行性能測試的條件和裝置相同，結(jié)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(fù)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(jīng)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(yù)處理后的泡沫Ti基底；

(2)在預(yù)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(fù)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(tài)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(tài)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(jìn)行性能測試的條件和裝置相同，結(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(fā)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(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內(nèi)。