《Applied Surface Science》：Surfactant-assisted Nd incorporation regulates lattice distortion and oxygen defects in electrodeposited Ti/PbO
2 coatings for enhanced electrocatalytic oxidation
编辑推荐：
•STAB辅助电沉积法制备了致密的Nd改性的β-PbO2涂层•STAB处理提高了β-PbO2中XPS检测到的Nd富集度和W-H微观应变。•表面氧富集加速了电荷转移并抑制了氧化还原反应（OER）。•氯气释放动力学得到改善，同时未改变Volmer–Tafel活化能曲线。•优化后的涂层
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STAB辅助电沉积法制备了致密的Nd改性的β-PbO2涂层
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STAB处理提高了β-PbO2中XPS检测到的Nd富集度和W-H微观应变。
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表面氧富集加速了电荷转移并抑制了氧化还原反应（OER）。
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氯气释放动力学得到改善，同时未改变Volmer–Tafel活化能曲线。
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优化后的涂层实现了90.4%的Cl-和74.4%的COD去除率。
引言
阳极的性质极大地决定了电催化氧化系统的效率和稳定性。在尺寸稳定的阳极中，Ti/PbO2电极因其强氧化能力、易于制备、相对较低的成本以及良好的耐腐蚀性而备受青睐[14][36]。然而，表面裂纹、涂层剥落、界面电荷转移缓慢以及竞争性的氧释放反应仍然是PbO2涂层的主要限制因素[19]。因此，调控PbO2的晶体生长和界面结构对于提高其电催化性能和耐久性至关重要。表1...
金属离子掺杂是优化β-PbO2物理化学性质的有效策略。据报道，铝（Al）、铋（Bi）、锰（Mn）、镨（Pr）和铟（In）等掺杂剂可以增强PbO2涂层的致密性、耐腐蚀性和电催化活性。其中，稀土元素特别有吸引力，因为它们的独特4f电子结构能够改变PbO2的局部配位环境和表面氧物种[34]。研究表明，Nd掺杂可以致密化阳极表面，提高氧释放电位，并在反复操作过程中保持高降解效率[35]。然而，稀土离子掺入PbO2晶格的过程常常受到电沉积动力学的限制，且Nd引起的外形畸变、缺陷化学性质与电催化活性之间的关系仍不明确。
表面活性剂辅助电沉积为调控界面离子传输、晶体成核和涂层生长提供了有效途径。对于同系列的n-烷基三甲基溴化物，增加烷基链长度通常可以在较低的浓度下促进胶束形成和界面吸附。这种链长依赖性已在低pH介质中的C10-C14同系物以及浓磷酸中的C14-C18同系物中得到证实[7][9]。C10-C16同系物的吸附研究进一步表明，烷基链长度的增加提高了界面吸附的疏水性[8]。表面活性剂的聚集和与烷基链长度相关的空间效应也可以改变氧化物和金属系统中的电沉积路径和沉积形态[6][10]。因此，与短链同系物（如十二烷基三甲基溴化物（DTAB, C12）、十四烷基三甲基溴化物（TTAB, C14）和十六烷基三甲基溴化物（CTAB, C16）相比，十八烷基三甲基溴化物（STAB, C18）预计会表现出更强的界面结合力和空间调控能力。在酸性的PbO2电沉积浴中，这些特性可能抑制快速晶体生长，调节Pb2+和Nd3+的局部沉积环境，并有利于Nd的掺入。然而，长链STAB介导的界面调控如何影响Nd的掺入、晶格畸变、氧缺陷特性和电化学行为仍不清楚。
选择高盐度和复杂离子组成的含氯脱硫废水作为优化后PbO2涂层初步应用验证的代表性基质[20][13]。
在这项工作中，采用了STAB辅助电沉积法来调控Ti/PbO2涂层中的晶体生长和Nd掺入。系统地研究了涂层形态、晶体结构、表面化学状态、氧缺陷特性、电化学行为、羟基自由基生成、操作稳定性和Pb释放行为的浓度依赖性变化。特别关注于建立长链STAB介导的界面调控、Nd掺入、晶格畸变、氧缺陷特性和电催化活性之间的关系。优化后的涂层在含氯脱硫废水中的初步应用验证中也得到了进一步评估。
章节片段
材料与试剂
HCl、HNO3、NaF、NaOH、H2C2O4和C2H6O购自北京中国医药化学试剂有限公司。STAB、n-C4H9OH、Pb(NO3)2、Bi(NO3)3·5H2O、Nd(NO3)3·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Al(NO3)3·9H2O、SnCl4·5H2O和SbCl3购自天津化学试剂厂。钛网来自昆山光佳源新材料有限公司。所有化学品均为分析级。
表面形貌和结构表征
使用SEM评估了STAB浓度对电极形貌的影响，TA0-TA4电极的图像显示在图1a中。TA0电极呈现出金字塔四面体晶粒结构，晶粒较粗，表面有可见的微裂纹。引入STAB后，TA1和TA2电极的晶粒变得更小，表面排列更致密。TA2的晶粒分布比TA1更加均匀。
结论
适当的STAB剂量使得STAB胶束在PbO2电沉积过程中起到软模板的作用。通过空间和界面调控，STAB抑制了晶体聚集并细化了β-PbO2晶体。优化后的TA2电极显示出最大的β-PbO2（101）低角位移、最小的晶粒尺寸（16.50?nm）、最大的微观应变（0.497%）、最高的β-PbO2比例以及最高的XPS衍生的表面Nd含量。
CRediT作者贡献声明
周新生：撰写——原始草案、方法学设计、数据管理、概念化。魏成佳：撰写——原始草案、方法学设计、实验研究。周建：撰写——审阅与编辑、可视化、概念化。孔燕：撰写——审阅与编辑、形式分析。张旭敏：验证、资源协调、数据管理。郭超：资源协调。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了甘肃省教育部的支持：大学科学研究创新平台重大项目（编号2024CXPT-14）、中国甘肃省自然科学基金（编号23JRRA856）、中国甘肃省自然科学基金青年项目（编号26JRRA594）的支持。
周新生|魏成佳|周建|孔燕|张旭敏|郭超
