等离子体电解氧化法制备Sn-Ti4O7涂层电极：电荷转移增强与四环素高效电化学降解

针对抗生素废水处理难题，研究人员通过等离子体电解氧化（PEO）技术原位合成Sn-TiO2前驱体，经氢热还原制备Sn-Ti4O7涂层电极。该电极电荷转移电阻（Rct）降低82.6%，四环素降解效率达92%（180分钟完全矿化），为电化学高级氧化工艺（EAOPs）提供了高效稳定的阳极材料。

　　

抗生素污染是当前环境治理的重大挑战。四环素类抗生素通过农业活动进入水体，长期残留导致耐药基因扩散，威胁人类健康。传统处理方法如生物降解和光催化效率有限，而电化学高级氧化工艺（Electrochemical Advanced Oxidation Processes, EAOPs）因其原位产氧化剂、无二次污染等优势成为研究热点。然而，现有阳极材料如硼掺杂金刚石（BDD）和PbO₂成本高昂，而Magnéli相亚氧化钛（Ti₄O₇）虽导电性优异，但电荷转移速率不足。

为解决这一问题，东北大学的研究团队创新性地采用等离子体电解氧化（Plasma Electrolytic Oxidation, PEO）技术，通过调控电解液中的Na₂SnO₃·4H₂O含量，在钛基底上原位制备Sn-TiO₂前驱体，再经氢热还原得到Sn-Ti₄O₇涂层电极。该研究发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，揭示了Sn掺杂对电极性能的显著提升作用。

关键技术包括：PEO原位成膜、氢热还原调控Sn⁴⁺/Sn²⁺比例、电化学阻抗谱分析电荷转移阻力（R_ct），以及四环素降解动力学实验。

结果与讨论

1. 电极制备与表征：PEO过程形成多孔Sn-TiO₂涂层，氢还原后转变为蓝黑色Sn-Ti₄O₇（图S1），Sn掺杂量0.88%时R_ct降低82.6%。
2. 电化学性能：Sn掺杂优化了Ti³⁺/Ti⁴⁺混合价态，氧空位（OVs）增加，电荷传输速率提升。
3. 四环素降解：10 mA/cm²电流密度下，120分钟降解率达92%（未掺杂电极仅71.4%），180分钟实现完全矿化。

结论与意义
该研究提供了一种绿色高效的Sn-Ti₄O₇电极制备方法，显著提升了EAOPs对抗生素废水的处理效率。Sn掺杂策略为设计高活性阳极材料开辟了新途径，对解决耐药基因污染问题具有重要应用价值。作者Wenduo Yang等人强调，该方法成本低、工艺简单，适合工业化推广。