【摘要】：金剛石薄膜以其優(yōu)異的電化學(xué)性能,逐漸成為電化學(xué)和電化學(xué)工程領(lǐng)域的的最佳電極材料之一,并且在污水處理、電分析、電合成和聲電化學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用和研究日益廣泛。在本文中主要開展了硼摻雜金剛石薄膜的電化學(xué)性能及在污水處理中的應(yīng)用研究。 利用多種檢測(cè)技術(shù),分析了金剛石薄膜的表面結(jié)構(gòu)形態(tài);結(jié)果表明利用HFCVD制備的大面積硼摻雜金剛石薄膜結(jié)構(gòu)均勻,其主要成分為SP3雜化鍵的多晶金剛石,晶粒尺寸為二十到五百納米;納米硬度和微劃痕測(cè)試顯示薄膜具有較高的硬度和基體結(jié)合強(qiáng)度。 電化學(xué)分析表明,所制備的摻硼金剛石薄膜具有寬的電化學(xué)窗口(3V左右)和低的背景電流。循環(huán)伏安法的系統(tǒng)研究表明,氯酚在金剛石薄膜電極上的氧化還原反應(yīng)均是不可逆的,電極過程的控制步驟是傳質(zhì)控制;低pH值的溶液中,質(zhì)子和電子均參與反應(yīng);高pH值的溶液中,只有電子參與反應(yīng);氯酚的反應(yīng)活性與氯原子的個(gè)數(shù)及其在苯環(huán)上的位置有關(guān);氯酚相對(duì)于電化學(xué)氧化的活性隨電離常數(shù)的增加而下降。在金剛石薄膜表面濺射Pt元素,獲得了具有催化性的電極,結(jié)合活性涂層電極,研究了氯酚的電氧化特性。 不同極化電壓下金剛石薄膜的阻抗特性分析和計(jì)算表明,電極表面態(tài)影響阻抗譜特征,平帶電勢(shì)約為0.95V,其載流子濃度為6.91×1017～2.54×1019 cm-3,所制備的金剛石薄膜屬于中等摻雜。 研制了適合于金剛石薄膜電極的污水處理設(shè)備。用該設(shè)備降解處理了含苯酚和幾種氯酚的模擬廢水,考察了電壓、電流、極間距、流量、溫度、pH值以及添加NaCl等參數(shù)對(duì)電化學(xué)降解效率的影響,初步探討了電化學(xué)降解苯酚的機(jī)理。結(jié)果表明,金剛石薄膜電極具有優(yōu)異的污水降解性能,COD的去除率接近100%,電流效率最高達(dá)到0.8以上。用該設(shè)備處理重金屬?gòu)U水,去除率可達(dá)90%以上。 金剛石薄膜電極和活性涂層鈦基電極的對(duì)比研究表明,前者的降解處理性能和效果遠(yuǎn)優(yōu)于后者;實(shí)際降解效果證明電極的陰極替代是可行的。所研制的設(shè)備對(duì)實(shí)際炸藥廢水的處理效果良好,表明研制的金剛石薄膜電極不僅具有十分優(yōu)越的電化學(xué)性能,而且對(duì)難降解的污水也具有良好的處理效果。
【圖文】：

促進(jìn)了化 C-C 鍵的形成，金剛石多晶薄膜。H 和 O 元素或由 C、H 和 N 組成的有C2H5OH）、異丙基醇[(CH3)2CHOH]]、圖 1-1熱絲 CVD法示意

摻硼金剛石薄膜AFM圖像
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：X703

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