鈦電極是以鈦為基體,通過表面改性處理制備而成的電極材料。鈦作為一種具有高比強度、良好耐腐蝕性的金屬,為電極提供了穩定的機械支撐。在電極制備過程中,通常會在鈦基體表面涂覆一層或多層具有電催化活性的物質,如金屬氧化物、貴金屬等。這些活性涂層能夠明顯改變電極的電化學性能,使其具備特定的電催化功能,從而在不同的電化學過程中發揮作用。例如,在氯堿工業中,鈦電極的使用大幅提高了電解效率和產品質量,推動了行業的發展。鈦電極的出現,為眾多需要高效、穩定電極材料的領域提供了新的解決方案。

PFAS(如PFOA、PFOS)因C-F鍵能高(~116 kcal/mol),常規方法幾乎無法降解。電氧化技術通過陽極生成的·OH和空穴(h?)攻擊PFAS的羧基或磺酸基,逐步脫氟并縮短碳鏈。BDD電極在10 mA/cm2下處理PFOA 4小時,脫氟率>95%,且無短鏈PFAS積累。優化方向包括:①提高電極對PFAS的吸附能力(如碳納米管修飾);②添加助催化劑(如Ce3?)促進C-F鍵斷裂;③開發電流密度(<2 mA/cm2)的長周期運行模式以降低能耗。該技術已被美國EPA列為PFAS處理推薦技術之一。

電極作為電化學反應的關鍵部件,其工作原理基于與電解質或反應物間的相互作用。在電池里,電極通過與電解質中的離子進行氧化還原反應,實現電子的釋放與接收,進而產生電能。像是常見的干電池,鋅皮作為負極,發生氧化反應釋放電子;碳棒為正極,接受電子促使還原反應發生。在電化學過程中,電極表面的活性位點能催化反應,極大地提升反應速率,降低反應所需的活化能,使原本難以發生的反應得以順利進行。電極的命名方式豐富多樣。部分依據電極的金屬部分來命名,如銅電極、銀電極,簡單直觀地表明了電極的主要材質。有些根據電極活性的氧化還原對中的特征物質命名,像甘汞電極,因其氧化還原對涉及甘汞這一特征物質。還有根據電極金屬部分形狀命名的,例如滴汞電極,其電極金屬部分呈液滴狀,以及轉盤電極,通過特定的旋轉結構來影響電化學反應。此外,依據電極功能命名的也不少,比如參比電極,用于為其他電極提供穩定的電位參考。
金屬氧化生成的腐蝕產物(如Fe?O?、γ-FeOOH)本身具有半導體特性,其禁帶寬度影響電子轉移效率。例如α-Fe?O?(Eg=2.2eV)比γ-Fe?O?(Eg=2.0eV)更穩定。這些氧化物還可能參與光電化學反應,在光照條件下產生額外光電流,導致傳統電位測量出現偏差。現在研究正嘗試利用這種特性開發自供能監測傳感器。在拉伸應力和腐蝕介質共同作用下,電極材料會發生SCC。以奧氏體不銹鋼在Cl?環境為例,其裂紋擴展速率可達10??-10??mm/s。電化學噪聲檢測發現,SCC過程中會出現特征性的電流/電位突跳信號,這些瞬態響應與位錯滑移、膜破裂等微觀事件直接相關,為早期預警提供了新思路。電化學氧化分解PFOA脫氟率>99%。

農藥廢水(如有機磷、三嗪類)具有高毒性和持久性,電氧化技術能針對性斷裂其關鍵官能團(如P=S、C-Cl鍵)。以毒死蜱為例,BDD電極在pH=3條件下處理2小時,脫氯率>90%,且產物急性毒性明顯降低。優化策略包括:①添加Fe2?引發類Fenton反應(電-Fenton),加速·OH生成;②采用流化床電極增強傳質;③控制電流密度(10-15 mA/cm2)以避免過度析氧副反應。實際應用中需關注農藥轉化中間體的生態風險,建議結合生物毒性測試指導工藝參數選擇。電化學系統年節電200萬度。遼寧數據中心電極設施
電化學處理循環水滿足地表水Ⅲ類標準。湖南數據中心電極除硬系統
難溶鹽電極的氧化還原對中有一個組分為難溶鹽或其他固相,它包含三個物相、兩個界面,且在每一相界面上存在著單一的快速遷越過程,甘汞電極(Hg|Hg?Cl?|Cl?)便是典型。在甘汞電極中,甘汞與電解液的溶解平衡受電液中濃度較高的 Cl?所控制,Cl?在 Hg?Cl?| 電液界面上的交換速率很快,這使得甘汞電極的電極電勢極為穩定,因此它成為常用的參比電極之一。部分書刊將這類電極稱為第二類電極,在電化學測量等領域有著不可或缺的地位。湖南數據中心電極除硬系統