一種電極及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電極及其制備方法和應(yīng)用，尤其是涉及一種可生成水居基的電極 及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 食品安全關(guān)系到廣大人民的身體健康和生命安全，關(guān)系到經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和社會穩(wěn) 定，食品安全已成為衡量人民生活質(zhì)量、社會管理水平和國家法制建設(shè)的一個重要方面。目 前我國食品安全狀況并不樂觀，長期W來存在的細(xì)菌、病毒等微生物污染，農(nóng)藥、激素、抗生 素等化學(xué)污染物給食品帶來了巨大的安全隱患，食源性疾病仍是人類面臨的最大健康殺 手。同時，與飲食密切相關(guān)的餐具的消毒衛(wèi)生問題也是較大的安全隱患，目前由于部分消毒 企業(yè)的自律性差，消毒工藝簡單，不符合要求，導(dǎo)致消毒餐具不衛(wèi)生的狀況時有發(fā)生，導(dǎo)致 餐具表面成為細(xì)菌滋生的溫床，給消費者的健康生命帶來威脅。
[0003] 由于食品污染環(huán)節(jié)眾多，源頭治理難度較大，僅僅依靠強(qiáng)有力的政府監(jiān)管和職能 部口檢測，還不能在短時間內(nèi)徹底解決食品的污染問題，因此，食品凈化消毒成為緩解食品 安全壓力、減少食物中毒風(fēng)險、保障人民群眾飲食安全的必要手段。
[0004] 中國發(fā)明專利化201110271764. 0公開了一種水觸媒殺菌解毒裝置，該裝置能夠 對生鮮食品、水、餐具及衣物進(jìn)行凈化處理，該裝置包括水觸媒發(fā)生器（1)和為水觸媒發(fā)生 器（1)進(jìn)行供電的直流電源，所述水觸媒發(fā)生器（1)包括兩個相配合使用的電極，且兩個 所述電極為分別與所述直流電源的正負(fù)輸出端相接的陽極電極和陰極電極；所述陽極電極 和所述陰極電極均為鐵電極，且所述陽極電極的外表面上均勻涂覆有一層復(fù)合材料涂層； 所述復(fù)合材料涂層為對涂刷在所述陽極電極外表面上的復(fù)合材料涂液進(jìn)行烘干處理及燒 結(jié)處理后獲得的涂層，復(fù)合材料涂液為由六種粉劑和無水己醇均勻混合而成且質(zhì)量濃度為 2. 5%~4%的混合液，六種所述粉劑分別為笛粉或笛的化合物粉末、鑲粉或鑲的化合物粉 末、紀(jì)粉或紀(jì)的化合物粉末、釘粉或釘?shù)幕衔锓勰?、銀粉或銀的化合物粉末和粗粉或粗的 化合物粉末。
[0005] 然而，上述水觸媒殺菌解毒裝置中使用的電極涂層易脫落，不穩(wěn)定。上述電極中所 用的元素并無與基材材料元素相似電子層排布，在燒結(jié)處理后涂層電極與基材的結(jié)合力不 強(qiáng)，容易脫落，而本發(fā)明中所用元素彌補(bǔ)了送一缺陷，燒結(jié)過程中能使涂層與基材很好的結(jié) 合在一起。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 基于本發(fā)明人研究的諸多有益效果，本發(fā)明的一個目的是提供一種電極，該電極 涂層不易脫落，抗純化作用強(qiáng)，電催化性能高，電極使用壽命長，導(dǎo)電性能好。
[0007] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述電極的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的又一個目的是提供一種上述電極的應(yīng)用。例如本發(fā)明的上述電極可W用 于食品凈化裝置中及其他需要進(jìn)行消毒凈化的行業(yè)，例如、水凈化、醫(yī)療行業(yè)等。使用本發(fā) 明電極的裝置，凈化效果更佳。
[0009] 本發(fā)明的上述目的是采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0010] 一方面，本發(fā)明提供一種電極，該電極W鐵或鐵合金為基材，該基材外表面涂覆有 一層復(fù)合材料涂層，該復(fù)合材料涂層經(jīng)復(fù)合材料溶液涂覆、烘干、燒結(jié)制備而成，其中所述 復(fù)合材料溶液為過渡金屬元素溶于己醇中形成的納米溶液，該納米溶液W過渡金屬的顆粒 為溶質(zhì)，所述過渡金屬元素為鑲、笛、飾、紀(jì)、粗、鉆和鐵，所述復(fù)合材料溶液中的過渡金屬元 素鑲、笛、飾、紀(jì)、粗、鉆和鐵的摩爾比為 15-20 :8-10 :5-15 :13-19 :9-17 :16-23 ;30-50。
[0011] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料溶液中的過渡金屬元素鑲、笛、飾、紀(jì)、粗、鉆和鐵的摩爾比 為 15 ~18 ;8 ~9 ;7 ~15 ;14 ~18 ;10 ~17 ;16 ~20 ;35 ~50,優(yōu)選為 16 ;8 ;14 ;17 ;16 : 20 ;45 或 17 ;9 ;15 ;17 ;12 ;18 ;40。
[0012] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料溶液中的過渡金屬顆粒的粒徑為5~30nm。
[0013] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料溶液的質(zhì)量百分含量為25%~45%，優(yōu)選為30%~40%。
[0014] 優(yōu)選地，所述電極還包括錫-錬涂層，該涂層設(shè)置在所述基材與所述復(fù)合材料涂 層之間，其中，所述錫-錬涂層經(jīng)錫-錬溶液涂覆、烘干、燒結(jié)制備而成，所述錫-錬溶液為 錫和錬溶于己醇中形成的納米溶液，該納米溶液W錫和錬的顆粒為溶質(zhì)，所述溶液中的錫 和錬的摩爾比為3-9 ;5-12。
[0015] 優(yōu)選地，所述溶液中的錫和錬的摩爾比為4-9 ;6-10,優(yōu)選為6 ;8。
[0016] 優(yōu)選地，所述溶液中的錫和錬顆粒的粒徑為5~30nm。
[0017] 優(yōu)選地，所述錫-錬溶液的質(zhì)量百分含量為5 %~9 %，優(yōu)選為7 %。
[0018] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料涂層或所述錫-錬涂層的厚度為3-8 μ m，優(yōu)選為4-6 μ m。
[0019] 優(yōu)選地，制備所述復(fù)合材料涂層或所述錫-錬涂層時的烘干溫度為100~12(TC， 優(yōu)選為110~120°c。
[0020] 優(yōu)選地，制備所述復(fù)合材料涂層或所述錫-錬涂層時的燒結(jié)溫度為400~680°C， 優(yōu)選為450~600°C。
[0021] 本發(fā)明中作為基材的鐵或鐵合金可W為本領(lǐng)域常規(guī)的鐵或鐵合金，可W通過購買 獲得。
[0022] 另一方面，本發(fā)明提供一種制備上述的電極的方法，該方法包括如下步驟：
[0023] (1)將復(fù)合材料溶液均勻地涂覆在鐵或鐵合金的外表面上，其中所述復(fù)合材料溶 液為過渡金屬元素溶于己醇中形成的納米溶液，該納米溶液W過渡金屬的顆粒為溶質(zhì)，該 納米溶液的質(zhì)量百分含量為25%~45%，優(yōu)選為30%~40%，其中所述復(fù)合材料溶液中過 渡金屬元素鑲、笛、飾、紀(jì)、粗、鉆和鐵的摩爾比為15-20 :8-10 :5-15 :13-19 :9-17 :16-23 ; 30-50 ；
[0024] 似在溫度為100~120。優(yōu)選為110~12(TC下烘干步驟（1)的涂覆有復(fù)合材 料溶液的電極，直至所述電極外表面無液態(tài)為止；
[00巧](3)在溫度為400~68(TC，優(yōu)選為450~60(TC下對步驟（2)烘干的電極進(jìn)行燒 結(jié)處理，燒結(jié)處理的時間為8~10小時，即得。
[0026] 優(yōu)選地，在步驟（1)中，所述復(fù)合材料溶液中的過渡金屬元素鑲、笛、飾、紀(jì)、粗、鉆 和鐵的摩爾比為 15-18 ;8-9 :7-15 :14-18 :10-16 :16-20 ;35-50,優(yōu)選為 16 ;8 ;14 ;17 ;16 ; 20 ：45〇
[0027] 優(yōu)選地，在步驟（1)中，所述復(fù)合材料溶液中的過渡金屬顆粒的粒徑為5~30nm。
[0028] 優(yōu)選地，所述方法還包括：
[0029] 在鐵或鐵合金的外表面涂覆復(fù)合材料溶液之前，先在鐵或鐵合金的外表面均勻地 涂覆錫-錬溶液，其中所述錫-錬溶液為錫和錬溶于己醇中形成的納米溶液，該納米溶液W 錫和錬的顆粒為溶質(zhì)，該納米溶液的質(zhì)量百分含量為5%~9%，優(yōu)選為7%，其中所述溶液 中的錫和錬的摩爾比為3-9 :5-12 ;優(yōu)選地，所述溶液中的錫和錬的摩爾比為4-9 ;6-10,優(yōu) 選為6 ;8 ;
[0030] 然后，在溫度為100~120。優(yōu)選為110~12(TC下烘干上述涂覆有錫-錬溶液 的電極，直至所述電極外表面無液態(tài)為止；
[0031] 接著，在溫度為400~68(TC，優(yōu)選為450~60(TC下對上述烘干的電極進(jìn)行燒結(jié) 處理，燒結(jié)處理的時間為8~10小時。
[0032] 又一方面，本發(fā)明提供一種包含上述電極的裝置。
[0033] 優(yōu)選地，所述裝置為食品凈化裝置。該食品凈化裝置可W為中國專利 201110165689. X中的裝置，也可W為化201110271764. 0中的水觸媒殺菌解毒裝置。上述專 利文件中的有關(guān)裝置結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，在此引入作為參考。
[0034] 所述裝置也可W為水凈化裝置或醫(yī)療用品凈化裝置。所述電極用于所述裝置中可 W作為陽極使用。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有W下有益的技術(shù)效果：
[0036] 1、本發(fā)明的復(fù)合材料涂層中添加了粗元素，添加粗元素后，涂層組織呈蜂窩狀，裂 紋不明顯。且粗鐵之間既產(chǎn)生機(jī)械作用又產(chǎn)生化學(xué)作用，機(jī)械作用可增加基體的有效幾何 面積，提高涂層與基體的結(jié)合力，而化學(xué)作用使表面形成Ta-Ti混合化合物，進(jìn)一步增加涂 層抗純化作用。此外，添加粗可W增加涂層內(nèi)部活性點，增強(qiáng)涂層的催化作用。
[0037] 2、本發(fā)明的復(fù)合材料涂層中添加了鉆元素，添加鉆元素可細(xì)化涂層的晶粒，在鉆 的摩爾含量小于50%的條件下，增加鉆可W明顯提高涂層的電催化性能，當(dāng)鉆的摩爾含量 局于30%時，涂層的強(qiáng)化壽命可提局40%。
[0038] 3、本發(fā)明中還可W添加錫-錬涂層，添加錫和錬使得電解液難W滲透到鐵或鐵合 金基材表面，提高了涂層對抗溶液侵蝕的能力，延長了使用壽命。因經(jīng)燒結(jié)后涂層中鐵和錫 形成二氧化鐵和二氧化錫，而二氧化鐵和二氧化錫均為四方金紅石結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)相近，形 成良好的固溶體，使涂層與鐵基體間的結(jié)合力增強(qiáng)，涂層不易脫落。
[0039] 此外，二氧化錫能帶范圍較寬，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，Sn4+離子 半徑為0. 071nm，可與基體牢固結(jié)合，在二氧化錫中滲雜錬原子后，5價的錬原子取代了 4價 的錫原子后，多余的一個電子進(jìn)入導(dǎo)帶，是導(dǎo)帶電子濃度大大增加，可顯著提高功能層的導(dǎo) 電性能。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。送些實施例旨在幫助闡述發(fā)明的內(nèi)容 而