[發明專利]一種長壽命鈦基電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210559705.8
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103014755A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 延衛;邵丹;徐浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25B11/10
• 分類號: C25B11/10;C25B11/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于電化學催化電極制備技術領域，涉及一種長壽命鈦基電極的制備方法。

背景技術

金屬氧化物陽極，又稱形穩陽極DSA(Dimensionally?Stable?Anode)，或DSE(Dimensionally?Stable?Electrode)，由H.B.Beer發明，于1968年由意大利De?Nora公司首先實現工業化生產(鈦電極工學,北京:冶金工業出版社,2003)。DSA是由金屬基體和表面活性涂層組成，金屬基體起骨架和導電作用，表面活性涂層則參加陽極的電化學反應，起到催化和導電作用。目前，DSA已經在氯堿工業、電解工業、電鍍工業、廢水處理、有機電合成以及電冶金領域得到了廣泛的應用。

在電化學氧化法處理廢水技術以及電解水產臭氧技術中，陽極材料的導電性，穩定性和催化性能是選擇合適陽極材料的重要考慮因素。近年來，摻銻二氧化錫以其較高的析氧電位和較好的電催化活性引起了研究者的廣泛關注。但采用傳統刷涂～熱分解法制備的鈦基摻銻二氧化錫電極壽命較短，難以實際應用。電極失活的主要標志是導電性的喪失，而電極失活的根本原因是鈦基體表面的鈍化。

目前有多種改進方法用來提高鈦基二氧化錫電極壽命，主要分為以下三大類：一是在摻銻二氧化錫層中摻雜其他金屬或非金屬元素，但存在一些限制，如釕、銥等元素的摻入會顯著降低電極的析氧電位，影響電極的使用效率和電催化活性；二是在二氧化錫層和鈦基體間插入中間層，同樣存在以上問題；三是對鈦基體本身進行表面改性，如陽極氧化二氧化鈦納米管的引入，但由于陽極氧化法本身存在一定限制，大面積均勻納米管制備存在難度，使得這一技術只能用于制備較小表面積的電極，離實際工業應用尚有距離。因此，到目前為止，提高鈦基二氧化錫電極使用壽命的各種電極制備技術尚存在其各自的缺陷。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種長壽命鈦基電極的制備方法，能夠有效延長鈦基二氧化錫電極使用壽命，同時保證電極的高析氧電位和電催化產臭氧的活性。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種長壽命鈦基電極的制備方法，包括以下步驟：

1）將鈦基體在浸漬液中浸漬后，熱氧化法在鈦基體表面制備氧化鈦層；

所述的浸漬是將鈦基體清洗后在含鈦酸酯的醇溶液中浸漬；

所述的熱氧化法是將浸漬后的鈦基體于450～550℃下煅燒；

2）在還原氣氛下對鈦基體表面所制備的氧化鈦層進行表面還原；

3）采用電沉積后熱氧化的方法，在表面還原處理后鈦基體上制備摻銻二氧化錫涂層；

所述的電沉積為：在含錫、銻的電解質溶液中，以表面還原處理后鈦基體作為陰極，在其表面共沉積錫和銻；

所述的熱氧化為：將電沉積完成后的鈦基體在300～810℃下煅燒后自然冷卻，得到鈦基二氧化錫電極。

所述的鈦基體在浸漬前還進行以下處理：

將鈦基體表面打磨光滑后，在堿性溶液中加熱除油，然后在浸泡在草酸溶液中煮沸刻蝕，再用水清洗干凈，晾干。

所述的浸漬液包括50～70%體積分數的鈦酸丁酯，29～45%體積分數的乙醇和1～5%體積分數的硝酸；

在室溫下至少浸漬5s。

所述將浸漬后的鈦基體于450～550℃下煅燒1～2h，在鈦基體上制備致密均勻、能夠完全均勻覆蓋鈦基體的氧化鈦層。

所述的還原氣氛為干燥的氫氣和氨氣按照3：1～9：1的體積比混合，將氫氣和氨氣混合后，通入反應爐內，在隔絕氧氣的情況下，300～510℃下對鈦基體表面所制備的氧化鈦層還原處理5～20min。

所述的電解質溶液為含有四氯化錫、三氯化銻和硝酸的乙二醇溶液，以石墨作為陽極，在恒電流密度10～30mA/cm²下在表面還原處理后鈦基體上共沉積錫和銻。

所述的電解質溶液中含有0.3～1mol/L的四氯化錫、0.1～0.5mol/L的三氯化銻和0.1～0.2mol/L的硝酸，共沉積錫銻的時間為10～60min。

所述的電沉積完成后，將鈦基體沖洗干凈，烘干并于300～810℃下煅燒1.5～5h后冷卻；其中升溫速率為5～10℃/min，降溫速度控制在1～2℃/min。

所述電沉積后熱氧化，將共沉積錫和銻與被還原的氧化鈦共同反應生成固溶體。

一種鈦基二氧化錫電極，包括鈦基體，在鈦基體上設有氧化鈦中間層，摻銻氧化錫層與氧化鈦中間層緊密結合形成固溶體結構。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：