[發(fā)明專利]一種多孔鈦基亞氧化鈦納米管二氧化鉛電極的制備與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011187201.9
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN112250145B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓衛(wèi)清;裴博文;張永昊;朱洪威;黃芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué);南京華工創(chuàng)新環(huán)境研究院有限公司
• 主分類號(hào): C02F1/461
• 分類號(hào): C02F1/461;C02F1/72
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務(wù)所 32346
• 代理人: 陳彬

本發(fā)明公開了一種多孔鈦基亞氧化鈦納米管二氧化鉛電極的制備與應(yīng)用。屬于材料制備領(lǐng)域。所述電極以多孔鈦為基體，所述基體表面及其孔壁表面均具有亞氧化鈦納米管作為電極的中間層，所述亞氧化鈦納米管的管腔及表面均涂敷有PbO₂層；同時(shí)，該電極制備方法簡(jiǎn)單，以多孔鈦板為基體，采用陽極氧化?退火?高溫氣相還原的方法使基體表面及孔壁表面形成亞氧化鈦納米管作為電極的中間層，隨后，通過抽濾穿透式電沉積的方式進(jìn)行二氧化鉛層的負(fù)載制得相應(yīng)電極；可將制備得到的電極應(yīng)用于水體中污染物的降解。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料合成領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種多孔鈦基亞氧化鈦納米管二氧化鉛電極的制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

電化學(xué)氧化技術(shù)作為高級(jí)氧化技術(shù)的一種，因其環(huán)境友好、反應(yīng)迅速、設(shè)備簡(jiǎn)單、無需添加額外試劑以及易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)備受廣大學(xué)者青睞。

電化學(xué)氧化法依靠反應(yīng)生成的羥基自由基(·OH)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的降解及礦化，·OH的標(biāo)準(zhǔn)電位極高(E⁰＝2.80V)，能氧化絕大部分的有機(jī)物。二氧化鉛電極，尤其是β-PbO₂電極，制備成本低，導(dǎo)電性良好，此外二氧化鉛電極析氧電位較高(1.8～2.0eV)，故受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。但在鈦基體上制備二氧化鉛電極還存在著一些問題，如PbO₂層比較脆弱，容易發(fā)生龜裂并導(dǎo)致電極內(nèi)電阻的提升，從而不利于電子的傳輸；另外，PbO₂和鈦基體的熱膨脹系數(shù)差別較大，在發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)時(shí)易造成PbO₂層的脫落，從而導(dǎo)致電極失活。

因此，申請(qǐng)公布號(hào)CN102173449A，申請(qǐng)公布日2011.09.07的中國發(fā)明專利申請(qǐng)文件中公開了一種納米二氧化鉛電，利用二氧化鈦納米管陣列作為多孔鈦基二氧化鉛電極的中間層，制得的多孔鈦基二氧化鉛電極穩(wěn)定性好，使用壽命長，對(duì)有機(jī)污染物具有很好的降解效果。但二氧化鈦導(dǎo)電性差，導(dǎo)致電極電阻大大增加。

基于此，申請(qǐng)公布號(hào)CN105110425A，申請(qǐng)公布日2015.12.02的中國發(fā)明專利申請(qǐng)文件中公開了一種鈦納米管改性的三維多孔鈦基體二氧化鉛電極，該電極包括一個(gè)鈦網(wǎng)基體，在基體上熱沉積一個(gè)中間層，中間層由碳納米管和錫銻氧化物組成，在中間層上電沉積二氧化鉛表面活性層，該電極，同時(shí)利用碳納米管表面強(qiáng)憎水性、獨(dú)特的電催化性能、巨大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，通過摻雜可以提高所制備電極的活性點(diǎn)數(shù)量，以及增強(qiáng)活性層與基體之間的結(jié)合力，防止脫落，延長了使用壽命。但該類電極中引入了Sn、Sb離子，長時(shí)間使用可能會(huì)導(dǎo)致離子析出，對(duì)水質(zhì)造成二次污染且SnO₂-Sb層的加入增加了電極制備的成本。且該電極制備基體為鈦網(wǎng)，相較于多孔鈦基體，電化學(xué)活性位點(diǎn)大大降低。

為此，制備出電催化活性高、活性位點(diǎn)多、使用壽命長的高性能二氧化鉛電極就顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的問題

針對(duì)傳統(tǒng)二氧化鉛電極導(dǎo)電性差、穩(wěn)定性差、使用壽命低、催化層易脫落的問題，本發(fā)明提供了一種多孔鈦基亞氧化鈦納米管二氧化鉛電極以高導(dǎo)電性(1000S/cm)的亞氧化鈦(Ti₄O₇)納米管作為中間層，與Ti₄O₇具有相似晶體結(jié)構(gòu)的二氧化鉛作為外層涂敷層，制備得到了導(dǎo)電性、催化性能和穩(wěn)定性優(yōu)良的電極；

同時(shí)，提供了該種電極的制備方法，以多孔鈦為基地，采用陽極氧化-退火-高溫氣相還原的方法使基體表面及孔壁表面形成亞氧化鈦納米管作為電極的中間層，通過抽濾穿透式電沉積的方式在多孔鈦基表面、及其孔壁表面，及其上的亞氧化鈦(Ti₄O₇)中間層的納米管管腔及表面均實(shí)現(xiàn)二氧化鉛的涂敷，以此制得多孔鈦基亞氧化鈦二氧化鉛電極。

2.技術(shù)方案

為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：