[發明專利]一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211076220.3
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115448424A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 魏秋平;羅浩;王劍;譚際麟;尹釗;黃開塘;王寶峰;蔡群歡;陳大偉;張維;伍水平
• 申請（專利權）人: 湖南新鋒科技有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C25B11/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

1.一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極，其特征在于：所述亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極包括基底以及設置于基底表面的電極工作層，所述電極工作層由亞氧化鈦膜層與摻雜金剛石膜層組成，所述亞氧化鈦膜層中的亞氧化鈦為Magnéli相亞氧化鈦，亞氧化鈦薄膜中鈦氧化物的化學式為Ti_nO_2n-x其中n為1-5，x為0-3，所述亞氧化鈦膜層中分散有摻雜金剛石顆粒；

所述電極工作層中，由下至上，依次為亞氧化鈦膜層、摻雜金剛石膜層；

或由下至上，依次為摻雜金剛石膜層、亞氧化鈦膜層。

2.根據權利要求1所述的一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極，其特征在于：所述基底選自金屬鎳、鈮、鉭、鋯、銅、鈦、鈷、鎢、鉬、鉻、鐵中的一種或其合金中的一種；或基底選自陶瓷Al₂O₃、ZrO₂、SiC、Si₃N₄、BN、B₄C、AlN、TiB₂、TiN、WC、Cr₇C₃、Ti₂GeC、Ti₂AlC和Ti₂AlN、Ti₃SiC₂、Ti₃GeC₂、Ti₃AlC₂、Ti₄AlC₃、BaPO₃中的一種或其中的摻雜陶瓷；或基底選自上述金屬和陶瓷組成的復合材料中的一種，或基底選自金剛石或Si；

所述基底形狀選自粉末狀、顆粒狀、圓柱狀、圓筒狀和平板狀中的一種；

所述基底結構選自三維連續網絡結構、二維連續網狀結構和二維封閉平板結構中的一種。

3.根據權利要求1所述的一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極，其特征在于：所述亞氧化鈦膜層的厚度為5～20μm，摻雜金剛石膜層的厚度為30nm～20μm，所述摻雜金剛石顆粒的粒徑為0.1～20μm；所述摻雜金剛石顆粒在亞氧化鈦膜層中的體積分數為0.1％～5％；

所述摻雜金剛石膜層中的摻雜元素選自硼、氮、磷、鋰中至少一種，

所述摻雜金剛石膜層的摻雜方式選自恒定摻雜、多層變化摻雜、梯度摻雜中的至少一種，

所述摻雜金剛石膜層中的摻雜元素的質量分數為2‰-10‰，

所述摻雜金剛石顆粒中的摻雜元素選自硼、氮、磷、鋰中至少一種，摻雜方式選自恒定摻雜、多層變化摻雜、梯度摻雜的一種或多種組合；

所述摻雜金剛石顆粒中的摻雜元素的質量分數為2‰-10‰。

4.根據權利要求1-3任意一項所述的一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極，其特征在于：

所述亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極包括基底以及設置于基底表面的電極工作層，所述電極工作層為雙層膜結構，從下至上，依次為亞氧化鈦膜層，摻雜金剛石膜層。

5.根據權利要求4所述的一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極，其特征在于：

所述亞氧化鈦膜層由下至上，依次包括鈦含量梯度增加的亞氧化鈦膜底層、亞氧化鈦膜中層、亞氧化鈦膜頂層；所述亞氧化鈦膜頂層中，鈦元素的質量分數為70％-80％，亞氧化鈦膜中層中，鈦元素的質量分數為65％-70％，亞氧化鈦膜底層中60％-65％；

所述亞氧化鈦膜頂層占亞氧化鈦膜層厚度的10-20％，所述亞氧化鈦膜中層占亞氧化鈦膜層厚度的30-40％，所述亞氧化鈦膜底層占亞氧化鈦膜層厚度的40-60％；

所述摻雜金剛石膜層包括摻雜離子含量梯度減少的摻雜金剛石底層、摻雜金剛石中層、摻雜金剛石頂層；硼摻雜金剛石底層中，采用均一硼含量，按原子比計，B/C為46666-60000ppm，硼摻雜金剛石外層中，采用均一硼含量，按原子比計，B/C為26666-40000ppm，所述硼摻雜金剛石過渡層中的硼含量由下至上線性遞減，以硼摻雜金剛石底層的硼含量為最大值按線性遞減至硼摻雜金剛石外層的硼含量。