镧掺杂钌涂层典型表面形貌(SEM)
以RuO2为基的尺寸稳定性电极(DSA)在过去50年中已经在氯碱工业、电镀, 废水处理, 水电解, 阴极保护等领域有着广泛应用, 通常的DSA电极是通过添加第二种或两种以上其他组元, 如Ir, Ti, Sn等, 来提高电极的催化性、选择性和稳定性. 尽管RuO2本身具有良好的催化活性, 但由于其成本高且为不可再生资源,因此,选择既能降低成本又能有效提高电极催化活性的其他元素是多年研究的热点.
我国稀土资源丰富,而在氧化物电极中加入稀土后电化学性能得到改善的研究已有报道, 稀土元素也因其特有的f电子轨道结构及其很高的稳定性在化学催化上备受青睐. 在所有稀土元素中, 镧被认为是提高催化活性最有效的稀土元素. 有研究表明, 加入镧的RuO2经酸化处理后,能够通过镧的溶解而形成多孔材料, 从而达到提高表面活性的目的, 但在海水环境下未经酸化处理的钌镧氧化物涂层是否具有同样高的电催化活性, 尚未见报道.
电极材料的表面活性在电极的催化性质中起着至关重要的作用, 一般普遍采用原位(in situ)记录伏安曲线的方法进行研究, 但是对于电极涂层的均匀性, 氧化膜导电性, 不同区域对电容的贡献, 金属或氧化物表面溶解和钝化现象, 以及多孔结构等方面的信息却难以确定. 电化学阻抗谱(EIS)方法是一种以小振幅的正弦波电位(或电流)为扰动信号的电化学测量方法, 由于它可以获得频率范围很宽的阻抗谱, 能比伏安曲线等常规电化学方法探测到涂层界面不同区域的结构信息, 因此在电化学体系的研究中得到广泛重视.
金属氧化物涂层的表面一般是由金属|氧化物膜、氧化物膜|电解质两个界面构成, 因此涂层电极总的阻抗谱应具有两个时间常数的特点, 一个是涂层本身的电容, 另外一个是金属表面的双电层电容, 阻抗复平面图上应具有双容抗弧, 高频段对应氧化膜容抗弧并与溶液电阻串联, 低频段对应双电层容抗弧。