[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

本發明公開了一種亞氧化鈦?摻雜金剛石復合惰性膜電極及其制備方法和應用，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。所提供的復合惰性膜電極具有異質結效應，具備良好的導電性、光電響應性、耐腐蝕性和機械強度，可用作電催化污水降解、化學電池正極輕質板柵、雙極性電池極板、電化學傳感器等領域。

技術領域

本發明公開了一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極及其制備方法和應用，屬于電極制備技術領域。

背景技術

摻雜金剛石具有極寬的電化學窗口、極高的析氧電位、極低的背景電流、極好的化學穩定性、表面惰性及弱吸附性，是環境電化學領域的研究熱點。在生態環境領域，常被用來處理具有高濃度、高鹽度、高氨氮、強酸堿度等特點的難生化降解有機廢水，被稱為“理想的陽極材料”。

電催化氧化被稱為“環境友好”技術，是利用電子作為催化劑，在常溫常壓下能有效處理含有機污染物廢水。隨著電催化氧化正在不斷的工業化，使得電催化氧化技術應用于大規模的現場應用正在成為可能。電催化氧化中最為關鍵的就是陽極材料的選擇。亞氧化鈦具有高電導率的特點，但是析氧電位不足，因此對于一些難生化降解有機廢水無法達到理想的降解效果。

然而，雖然摻雜金剛石電極具有極高的析氧電位，但相比金屬或氧化物薄膜，其導電性較差，在使用過程中存在效率低且能耗偏高等問題；另外現有工藝技術下，以泡沫、顆粒為基體的摻雜金剛石電極在制備過程中容易出現覆蓋不均勻甚至脫落的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的第一個目的在于提供一種膜層覆蓋均勻，具有優異導電性能，電催化降解性能的亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極。

本發明的第二個目的在于提供一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極的應用。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一種亞氧化鈦-摻雜金剛石復合惰性膜電極，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的范圍為1-5，x的范圍為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。

所述復合惰性膜電極包括兩種結構，由下至上分別為亞氧化鈦膜層和摻雜金剛石膜層，或由下至上分別為摻雜金剛石膜層和亞氧化鈦膜層。

發明人意外的發現，亞氧化鈦膜具有優異的導電性性能，然后由于其析氧電位偏低，無法氧化電位高的難降解有機物，而摻雜金剛石電極具有極高的析氧電位，但是導電性較差，然而當兩者復合時，亞氧化鈦膜層卻可以與摻雜金剛石膜層形成PN結從而加強在恒定電場中的電子分離從而提高電流效率，從而獲得最有優異催化性能的耦合電極。

另外在亞氧化鈦膜層中引入摻雜金剛石顆粒，一方面，可以改善雙層膜之間熱膨脹系數不匹配的問題，另外一方面易與摻雜金剛石膜層形成O-C鍵，通過上述兩方面的作用使得雙層膜不僅具有優異的結合性能，并進一步提升導電性，此外，又可以作為后續CVD制備摻雜金剛石膜層的晶核，提升雙層膜之間的結合力。