phương pháp thế tĩnh (potentiostatic) [38, 39], dòng tĩnh (galvanostatic) [7, 27, 38, 40], xung dòng [41, 42], phương pháp quét thế vòng (cyclic voltammetry)…. trên các nền khác nhau như: chì [38] và hợp kim chì [41], thép không rỉ [20, 29], đồng [39], nhôm [40, 43], titan [ 27, 28], graphit, than thủy tinh, Pt, Au [44],...
PbO2 được phủ lên vật liệu nền bằng phương pháp anôt hoá. Dùng năng lượng điện để oxi hoá Pb, Pb2+ thành PbO2 trong dung dịch điện ly.
Sự tạo thành PbO2 từ Pb: Đây là quá trình anôt hóa có thể qua các giai
đoạn: Pb0 → Pb2+ → Pb4+ → PbO2, nghĩa là lớp PbO2 phát triển dần từ bề mặt chì kim loại. Theo [38] PbO2 được kết tủa trên điện cực Pb bằng phương pháp dòng không đổi với mật độ 10 mA/cm2 và bằng phương pháp thế không đổi với điện thế 1,85 V so với điện cực calomen bão hòa (SCE) trong dung dịch H2SO4.
Sự tạo thành PbO2 từ Pb2+: Đây là quá trình anôt hoá tạo thành lớp
PbO2 bám trên bề mặt điện cực có độ dày về nguyên tắc là tuỳ ý. Cơ chế hình thành lên lớp PbO2 bằng phương pháp điện hóa xảy ra như sau [45]:
H2O → OHad + H++ e- (1.13) Pb2+ + OHad → Pb(OH)2+ (1.14) Pb(OH)2+ + H2O → PbO2 + 3H+ + e- (1.15)
1.1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu PbO2 PbO2
Cấu trúc, độ bền và đặc tính điện hóa của PbO2 phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc biệt là phương pháp tổng hợp, ngoài ra còn có các yếu tố khác như: vật liệu nền, dung dịch tổng hợp, pH, nhiệt độ, phụ gia,...
PbO2 tổng hợp bằng phương pháp điện hóa có những ưu điểm so với phương pháp hóa học: lớp kết tủa đặc khít, có độ dày tuỳ ý, hàm lượng PbO2 cao và ổn định, có cấu trúc tinh thể xác định tuỳ vào môi trường và chế độ tổng hợp, có độ dẫn điện tốt, bền hoá học. Trong phương pháp điện hóa có rất nhiều chế độ tổng hợp khác nhau, theo các tác giả [38] PbO2 tổng hợp bằng phương pháp dòng tĩnh có cấu trúc đặc khít hơn và dung lượng phóng điện cao hơn so với phương pháp điện thế tĩnh. Tính chất và cấu trúc của PbO2 cũng bị ảnh hưởng bởi mật độ dòng tổng hợp. Theo [21] khi tổng hợp PbO2
bằng phương pháp điện hóa ở chế độ dòng không đổi thì dạng α-PbO2 hình thành ở mật độ dòng thấp còn dạng β-PbO2 hình thành ở mật độ dòng cao. PbO2 có cấu trúc nano được tổng hợp trực tiếp bằng phương pháp xung dòng trên điện cực chì trong dung dịch H2SO4 4,8 M [41].
Thành phần của dung dịch điện ly ảnh hưởng đến hiệu suất tổng hợp cũng như cấu trúc của PbO2 [28]. Trong môi trường axit thì sản phẩm thu được dạng β-PbO2 chiếm ưu thế, ngược lại trong môi trường kiềm dạng α- PbO2 sẽ chiếm ưu thế. Theo nhóm tác giả [24] đưa thêm Cu2+ vào dung dịch tổng hợp sẽ làm tăng lượng kết tủa PbO2 vì sự có mặt của Cu2+ sẽ hạn chế quá trình khử Pb2+ → Pb, trong quá trình điện phân bề mặt catôt sẽ hình thành lớp màng mỏng Cu do quá trình khử của Cu2+. Chất hoạt động bề mặt ví dụ giêlatin cũng ảnh hưởng tới sản phẩm của lớp kết tủa PbO2, với một lượng vừa đủ giêtatin có tác dụng làm tăng độ bám dính của PbO2 với nền, bề mặt sản phẩm kết tủa đồng đều và chặt khít hơn [24].
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến thành phần pha của sản phẩm PbO2. Tại nhiệt độ phòng ta thu được hỗn hợp cả dạng α và β- PbO2. Khi nhiệt độ tăng lên 55 oC và 80 oC thì sản phẩm chủ yếu ở dạng β- PbO2 [39].
PbO2 tổng hợp bằng phương pháp điện hóa được cài thêm các cation như Fe3+, Co2+, Ni2+ hoặc anion F- đã tăng được độ bền cũng như hoạt tính điện hóa của PbO2 trong các quá trình xảy ra ở vùng điện thế cao như quá trình tạo ra perclorat, peoxisunfat, ozon,...[46].
PbO2 có thể được tổng hợp trên các vật liệu nền khác nhau như: platin, titan [27, 28], thép không rỉ [20, 29], đồng [39], nhôm [40, 43], chì và hợp kim chì [40, 41]….Tùy theo tính chất của từng loại vật liệu nền mà điện cực PbO2 được sử dụng cho các quá trình điện phân khác nhau. Trong một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng tổng hợp PbO2 trên nền thép không rỉ sử dụng làm điện cực anôt có giá thành hợp lý, có độ dẫn tốt và quá thế thoát oxi cao, phù hợp làm anôt trong công nghiệp điện hóa.