[發明專利]一種以有序多孔ZnO為模板的不銹鋼基納米陣列β-PbO2

有效

• 申請號: 201811421058.8
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109553162B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 陳陣;桂來;余強;朱微;宋鈺珠;鄭濤;吳丹
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F101/30;C02F101/32;C02F101/34
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本發明公開了一種以有序多孔ZnO為模板的不銹鋼基納米陣列β?PbO₂電極的制備方法，屬于PbO₂電極材料技術領域。本發明采用液體表面組裝法在不銹鋼基底上制備單層聚苯乙烯微球模板；采用低溫水熱法制備有序ZnO納米材料；利用有機溶劑去除PS微球，并用H₃BO₃溶液對去除PS微球后留下的孔洞進行通孔得到有序多孔ZnO納米模板；采用陽極氧化法，在有序多孔ZnO納米模板的孔洞中，電沉積制備納米β?PbO₂顆粒，利用H₃BO₃溶液除去ZnO納米模板，再次電沉積納米β?PbO₂顆粒制備比表面積顯著增加的不銹鋼基納米陣列β?PbO₂電極。本發明電極具有更大的比表面積、電催化活性和更好的耐腐蝕性。

技術領域

本發明涉及一種以有序多孔ZnO為模板的不銹鋼基納米陣列β-PbO₂電極的制備方法，屬于金屬氧化物PbO₂電極技術領域。

背景技術

隨著國家經濟的不斷發展，以破壞環境為代價的問題進一步凸顯，由此而產生的環境污染問題也愈發嚴重。如工業廢水的不經處理就無節制排放等問題，這些廢水中包含有許多難降解有機物，例如各種農藥、染料、芳烴化合物等，這些物質無法被自然界分解吸收，始終殘留在各種水域和土壤中。傳統用于降解有機物廢水的方法主要有物理法、化學法和生物法，但這些方法始終存在著工藝復雜、效率低、成本高并且容易造成二次污染等問題。

為了降解工業廢水中有毒有害的芳烴類物質并顯著提高其降解效率和降低能耗，電化學處理技術在催化活性、便捷、高效、能耗低等方面具有明顯優勢，其原理是利用外加電源直接在電化學反應器中降解有機物，或者通過電極上一些氧化還原反應產生強氧化性自由基對有機物間接進行降解，因此研發具備較高催化活性和穩定性的新型惰性陽極材料已經勢在必行。

在現階段用于降解有機廢水中芳烴類物質的電極有金屬電極、非金屬化合物電極以及金屬氧化物電極等，其中金屬氧化物電極中研究的比較多的是PbO₂電極，其中Pb處于其最高價氧化態具備強氧化性，析氧電位高、催化性能好，但依然存在著諸多問題，例如表面活性層易脫落，穩定性與催化活性仍然較低，并且使用后的PbO₂電極會出現孔洞以及結構缺陷。

發明內容

針對現有技術中金屬氧化物PbO₂電極表面活性層易脫落，穩定性與催化活性仍然較低的問題，本發明提供一種以有序多孔ZnO為模板的不銹鋼基納米陣列β-PbO₂電極的制備方法，由于在基體表面形成有序的凹凸不平的PbO₂納米陣列，使其比表面積顯著增大，活性位點數目明顯增多，催化活性顯著提高。本發明電極具有較高的析氧過電位、電催化活性和更高的耐腐蝕性。

一種以有序多孔ZnO為模板的不銹鋼基納米陣列β-PbO₂電極的制備方法，具體步驟如下：

（1）以不銹鋼板為基底，采用液體表面組裝法在不銹鋼板基底上自組裝單層聚苯乙烯微球模板得到不銹鋼基/單層聚苯乙烯微球模板；

（2）將步驟（1）的不銹鋼板/單層聚苯乙烯微球模板置于前驅體溶液中，采用低溫水熱法制備有序納米ZnO模板得到不銹鋼基/單層聚苯乙烯微球/有序納米ZnO模板；其中前驅體溶液為ZnCl₂-檸檬酸鈉水溶液，前驅體溶液的pH值為10~11；

（3）采用有機溶劑溶解去除步驟（2）不銹鋼基/單層聚苯乙烯微球/有序納米ZnO模板中的單層聚苯乙烯微球，并采用H₃BO₃溶液對去除單層聚苯乙烯微球后留下的孔洞進行通孔得到不銹鋼基/多孔納米ZnO模板；其中有機溶劑為甲苯、二氯甲烷、四氫呋喃或丙酮；