$\mathrm{Pb-MnO_2}$ 复合电极上氧析出过程的电化学模拟

研究了 $\mathrm{Pb-MnO_2}$ 复合电极的几何性质，并利用球堆积与切割模拟给出了二维（2D）复合电极上三相边界（TPB）长度的通用公式。讨论了 2D（或致密）与 3D（或多孔）电极几何性质的区别。发现 TPB 长度是遵循 1/r 颗粒半径关系的 2D 电极唯一合理的性质。随后，利用球堆积切割推导了统计电极表面，该表面是早先提出的不同的电化学机理模拟的基础。结果表明，所提出的两种机理（导电机理与两步两材料动力学机理）能够解释相较于标准铅阳极，$\mathrm{Pb-MnO_2}$ 阳极处电流的增加。结果显示，尽管 $\mathrm{MnO_2}$ 导电性低，但当与 Pb 作为金属基体结合时，复合体的行为并非纯欧姆性的，还受到活化过电势的影响，从而增加了靠近 TPB 处的电流密度。电流密度与催化剂颗粒半径成反比，与早先的实验结果吻合。研究了一种假设的两步两材料机理，其中间体 $\mathrm{H_2O_2}$ 在 Pb 基体和 $\mathrm{MnO_2}$ 催化剂上均发生反应。发现假设 $\mathrm{H_2O_2}$ 准可逆生成并随后在 $\mathrm{MnO_2}$ 上化学分解，所得结果与实验一致。进一步强调 Pb 基体和 $\mathrm{MnO_2}$ 催化剂二者均为必要，其最佳比例取决于所用电流密度。然而，仍需额外的实验证据来支持所假设的机理。