[發明專利]海水電解反應陽極IrO2-RuO2-SnO2-TiO2納米粒子涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201110203004.6
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102251252A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 陳煜;梁燕;周益明;丁小余;唐亞文;陸天虹
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: C25B11/10
• 分類號: C25B11/10;C23C20/08;C25B1/26
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 韓朝暉

技術領域

本發明涉及一種電解制氯反應的陽極涂層的制備方法，具體涉及一種利用改進的熱分解方法制備海水電解反應的陽極IrO₂-RuO₂-SnO₂-TiO₂納米粒子涂層的方法。

背景技術

次氯酸鹽作為含氯消毒劑的重要成分，通常采用DSA電極電解飽和食鹽水制得。DSA電極被視為20世紀電化學領域中最重要的發明之一。最初是指60年代中期Beer發明的釕鈦氧化物涂層電極(Ti/RuTiO_x)，因其具有良好的電化學活性、耐蝕穩定性而被稱為尺寸穩定性電極(Dimensionally?stable?Anode，簡稱DSA)。近年來，越來越多的學者開始關注電解海水制取次氯酸鹽。因為使用海水作為電解液時不需要額外消耗化學試劑，大大節約了成本，因而推廣海水直接電解制氯法在電廠、工廠中的應用，尤其是在海水資源豐富的沿海地區，具有非常重要的意義。

在電解制氯的過程中，電極一直是研究的焦點，因為電極的活性和穩定性會直接影響整個電解過程。DSA電極的主要組分為二氧化釕和二氧化鈦。作為電極涂層必須具備導電性，單獨二氧化鈦不能導電，只有二氧化鈦和二氧化釕形成固溶體，這樣的混合才具有導電性。二氧化釕和二氧化鈦很容易形成固溶涂層，并與鈦表面的二氧化鈦再固溶，使涂層牢固地粘結在鈦基體的表面，而鈦基體在電解液中非常穩定，從而實現了金屬電極的工業化。釕鈦氧化物涂層電極首先應用在氯堿工業，并獲得了極大成功。但是作為電解海水用的電極，海水直接電解制氯技術存在的主要問題有電流效率低，電耗高以及陽極壽命短等。

海水電解用電極的要求比氯堿用電極的要求嚴格得多。一般來說，電解海水用金屬氧化物涂層電極應有高的氯氧選擇性能(低釋氯電位和高釋氧電位)、高電流效率、極好的耐腐蝕性，能在較大的電流密度范圍內和較寬的溫度范圍內高效、穩定地工作。國內外學者針對這些問題做了大量研究。這些研究主要是從涂層配方和制備工藝兩方面來著手改進金屬氧化物涂層電極的性能。目前海水電解一般采用多元金屬氧化物涂層電極，涂層中含有Pt等其他貴金屬氧化物。這些貴金屬具有反應選擇性好,?耐蝕力強,?不易鈍化的特點，但其活性組分價格十分昂貴，高成本必將使其未來的發展在一定程度上受到限制。

目前，工業上的鈦陽極仍主要采用熱分解法制備，該方法極易造成鈦陽極涂層結構組織、成分分布不均、氧化程度不確定等缺陷。因此，尋找能獲得高度分散、高度均勻的鈦陽極涂層的制備方法，已成為開發高性能鈦陽極的方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種海水電解反應陽極IrO₂-RuO₂-SnO₂-TiO₂納米粒子涂層的制備方法，為了能有效地控制所制得的陽極涂層的晶粒尺度，通過加入高分子聚合物改進熱分解法技術制備復合氧化物，不僅如此，通過該方法獲得納米結構的涂層組織具有小粒徑的微晶顆粒，表現出優異的電催化活性和穩定性。

完成上述發明任務的技術方案是：

一種海水電解反應陽極IrO₂-RuO₂-SnO₂-TiO₂納米粒子涂層的制備方法，其特征在于：將可溶性Sn^Ⅳ，Ru^Ⅲ和Ir^Ⅳ鹽的水溶液和二氧化鈦混合，加入高分子聚合物，攪拌或超聲振蕩形成懸濁液，制得陽極電極涂液；然后將懸濁液刷涂于Ti基體上，干燥后煅燒，冷卻，反復進行多次，直至涂層達到所需要的厚度，即制得所述的陽極納米粒子涂層。

所述的混合金屬氧化物納米粒子陽極涂層的制備方法為改進的熱分解法。在制備陽極電極涂液時，加入高分子聚合物，與可溶性Sn^Ⅳ，Ru^Ⅲ，Ir^Ⅳ鹽的水溶液和二氧化鈦混合形成懸濁液，制得陽極電極涂液，然后將電極涂液刷涂和高溫煅燒。電極涂液中加入高分子聚合物，能有效地控制陽極涂層的晶粒尺度，焙燒后得到微小粒徑、分散均一的混合金屬氧化物納米結構的涂層。

更優化和更具體地說，本發明的陽極IrO₂-RuO₂-SnO₂-TiO₂納米粒子涂層的制備方法，包括以下步驟：