電極製備參數對電極塗佈量影響

電極製備參數主要探討氯化鈷濃度對於 Co-Fe/Al 電極之塗佈效 果影響，鈷對於過硫酸鹽系統之催化效果較佳，而鐵作為催化輔助之 材料，然而，於製備過程中，若鐵劑量過低仍會影響鈷的塗佈情形，

故依照文獻(張等，2014)選取 Fe²⁺之濃度固定為 0.86 M，找出具有最 佳鈷鐵塗佈效果之電極並進行液相降解實驗，最後針對不同溫度下對 於電極之塗佈效果影響進行探討，將數據彙整如表 4.2 所示，原始數 據見附表 B。

當製備液之鈷為 0 M 條件下，其鐵金屬於鋁基材之塗佈量為 0.94 mg/cm²，當製備液鈷濃度提升至 0.172~0.86 M，鈷金屬之塗佈量隨著 濃度增加而增加，在 0.172 M 濃度下鈷、鐵塗佈量分別為 0.1、0.58 mg/cm²，0.36 M 濃度下塗佈量分別為 0.25、0.72 mg/cm²，而當鈷濃 度為 0.5 M 時，鈷鐵之塗佈量分別為 0.63、0.86 mg/cm²，提升劑量對 於鐵之塗佈效果呈穩定成長，然而由鈷塗佈量觀察，可以看出明顯上 升之現象，為找出較佳塗佈效果之電極；將劑量提升至 0.86 M，鈷、

鐵之塗佈量分別為 1.03、1.37 mg/cm²，鈷塗佈效果之成長幅度上升較

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表 4.2 電極塗佈量分析結果

Test No.

(1) Chemicals

(2) Electrode materials

(3) Calcination temperature (℃)

(4) Calcination time (min)

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大，主要原因可能為鐵主要沉積於鋁基材上，而鈷主要沉積於鐵鋁反 應所生成之氧化物表面，或在基材上形成 CoFe₂O4，故相對於鐵而言，

鈷所能增加之塗佈效果較多，而導致劑量提升，上升幅度較為明顯。

由實驗結果得知當劑量持續增加為 1.032 M 時，鈷之塗佈量減少 至 0.87 mg/cm²，推測可能由於於鋁基材表面所能塗佈之金屬氧化物 量有限，若鈷濃度過高其塗佈量亦有限所致。

電極塗佈量測試實驗中，推測 Co-Fe/Al 電極的形成機制有兩項，

一為鋁電極表層之氧化還原反應，由鐵或鈷金屬分別與鋁電極互相反 應所形成，而由氧化還原電位不同可以預測反應發生之優先順序，鋁 和鈷之還原電位為 3.47 V(見式 4.4，為式 4.1 及 4.3 相加而成)，鋁和 鐵之還原電位為 1.99 V(見式 4.5，為式 4.2 與 4.3 式相加而成)，因此 推測鈷在於鋁電極表面會比鐵更容易產生氧化還原反應。

Co³⁺ + e⁻ → Co²⁺ E0 =+1.81 V (4.1) Fe³⁺ +3e^- → Fe⁰ E0 =+0.33V (4.2) A1⁰→Al³⁺ +3e^- E0 =+1.66V (4.3) A1⁰ + 3Co³⁺ →Al³⁺ + 3Co²⁺ E0 =+3.47V (4.4)

A1⁰ +Fe³⁺ → Al³⁺ +3Fe⁰ E0 =+1.99V (4.5)

二為電極表層外發生吸附反應，由圖 4.1 顯示，隨著製備液鈷濃 度上升，電極表面鈷塗佈量隨之上升，然製備液鈷濃度超過 0.86 M 之後有效塗佈量開始下降，可能因為製備液中鈷濃度過高導致鈷和鐵 優先於溶液中發生反應形成 CoFe₂O4，造成電極表面的二價鈷塗佈量 下降；然而製備液鈷濃度超過 0.86 M 電極表面塗佈量仍持續上升至

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0.86 M 才開始下降，推估原因可能因為製備液鈷濃度過高而於溶液

圖 4.1 浸漬液鈷濃度對電極塗佈效果影響([Fe³⁺=0.86 M])

中形成 CoFe2O4使得電極表面礦物晶格缺乏二價鈷而由二價鐵取代，

因此，高濃度製備液下鈷之塗佈量下降然鐵之塗佈量卻上升。

實驗結果可知，反應過程中鈷、鐵濃度皆會使 CoFe2O4塗佈量受 到影響，因此將鈷鐵塗佈比例進行比較，發現於製備液鈷濃度達 0.75 M 時，鈷鐵塗佈比例達最大 1.1，而再提升劑量至 0.86 M 時，雖鈷鐵 塗佈比例較低，然主要由於其鐵塗佈量增加所致，因此進行後續實驗 仍以 A6 電極最為最佳鈷鐵塗佈電極。