[發明專利]一種制作Zn/Cu/Ti多金屬納米電極的方法

在審

• 申請號: 201610211377.0
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105696057A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 李淼;劉芳;劉翔
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C25D5/10;B82Y40/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種制作Zn/Cu/Ti多金屬納米電極的方法，其特征在于：以石墨板作 為陰極，Ti極板作為陽極，制作Ti納米電極；再以Cu極板作為陽極，Ti納 米電極為陰極，制作Cu/Ti雙層納米電極；然后以Zn極板作為陽極，Cu/Ti 雙層納米電極為陰極，制作Zn/Cu/Ti多金屬納米電極；這一系列反應均在一 個電解槽中完成，無需其他輔助裝置；具體包括如下步驟：

步驟1：用100～800目的金相砂紙打磨Ti極板；

步驟2：將打磨好的Ti極板，用去離子水超聲清洗5～30分鐘；

步驟3：將超聲清洗后的Ti極板吹干待用；

步驟4：采用恒壓陽極氧化法處理電極，陽極氧化采用的電源為直流穩壓 電源；具體為：采用石墨電極為陰極，采用步驟3吹干后的Ti極板為陽極， 在乙酸溶液中加入占乙酸溶液質量0.01～0.10％的氫氟酸形成的混合液作為反 應液，在設定的氧化電壓5～50V條件下，氧化30～180分鐘；在陽極的表面 會形成微觀納米管結構，其電極表面納米管形成的原理是：在施加電壓的瞬 間，陽極表面附近的水電離產生O^2-，同時鈦快速溶解，陽極電流增大產生大 量Ti⁴⁺，產生的Ti⁴⁺與O^2-迅速反應，電解液中的F^-在電場的作用下，致使氧 化鈦阻擋層表面形成不規則的凹痕；隨著氧化時間的延長，凹痕逐漸發展成 孔核，孔核在場致和化學溶解作用下成為小孔，小孔的數量不斷增加，最后 均勻分布在Ti極板表面形成有序結構，得到Ti納米電極，其反應式為下式(1) —(4)；

步驟5：待反應完成后將Ti納米電極取出，在電解槽中放入100ml濃度 為50～300g/l的硫酸銅，向其中加入3.75ml濃硫酸組成混合溶液，以Cu極 板為陽極，Ti納米電極為陰極，在設定電流0.01-0.3A的條件下，電鍍5-60 秒，去離子水超聲清洗后，再干燥即得到Cu/Ti雙層納米電極；電極表面雙層 納米電極形成的原理是：在直流電源的作用下，電流通向陽極，陽極Cu極板 不斷失去電子氧化成金屬離子擴散到溶液中即陽極的溶解過程，失去的電子 在電源電勢的驅動下，向電流反方向運動，通過直流電源富集到陰極上，銅 離子在陰極上不斷得到電子而還原成金屬鍍層，其反應式為下式(5)-(9)；

步驟6：待反應完成后將Cu/Ti雙層納米電極取出，用0～300g的氯化鉀 和50～200g氯化鋅配成1L混合溶液，取100mL放入電解槽中，再向其加入 濃度為0.01～0.1mol/l鹽酸300μl組成混合溶液，以Zn極板為陽極，Cu/Ti 雙層納米電極為陰極，在電流0.01-0.5A下鍍鋅5-60秒，去離子水超聲清洗， 再干燥即得到Zn/Cu/Ti多金屬納米電極；在電極的表面會形成三層微觀納米 孔洞結構；電極表面三層微觀納米孔洞結構形成的原理是：在直流電源的作 用下，電流通向陽極，陽極Zn極板不斷失去電子氧化成金屬離子擴散到溶液 中即陽極的溶解過程，失去的電子在電源電勢的驅動下，向電流反方向運動， 通過直流電源富集到陰極上，鋅離子在陰極上不斷得到電子而還原成金屬鍍 層，其反應式為下式(8)-(11)；

整個過程發生的主要化學反應如下：

H₂O→2H⁺+O^2-(1)

Ti-4e→Ti⁴⁺(2)

Ti⁴⁺+2O^2-→TiO₂(3)

TiO₂+6F^-+4H⁺→TiF₆^2-+2H₂O(4)

Cu—2e→Cu²⁺(5)

SO₄^2-—2e→SO₃+1/2O₂(6)

Cu²⁺+2e^-→Cu(7)

H₂O—2e→2H++1/2O₂(8)

2H⁺+2e→H₂(9)

Zn—2e→Zn²⁺(10)

Zn²⁺+2e^-→Zn(11)。