一種標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高催化性能低貴金屬消耗的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化銥-鈦標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極因其耐腐蝕、性能穩(wěn)定、使用壽命長等特點(diǎn)被廣泛地運(yùn)用在產(chǎn)氯、產(chǎn)氧、電化學(xué)防腐等多方面。但傳統(tǒng)的二氧化銥-鈦標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極采用反復(fù)涂刷、燒結(jié)的工藝，在電極基底上負(fù)載多個貴金屬催化劑涂層，貴金屬銥的用量高，工藝能耗高，而且二氧化銥顆粒大，催化劑利用效率低。因此開發(fā)一種低貴金屬用量，低能耗的二氧化銥-鈦標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備工藝具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。目前采用溶膠凝膠法制備的二氧化銥納米顆粒粒徑小，催化效率高，然而現(xiàn)有電極難以有效負(fù)載該類催化劑，催化劑在使用過程中迅速脫落，限制了其進(jìn)一步的開發(fā)和運(yùn)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種低貴金屬銥用量高催化效能的二氧化銥-鈦的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極，本發(fā)明的目的之二在于提供一種低能耗的上述新型的二氧化銥-鈦的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法。該方法的能耗為傳統(tǒng)工藝能耗的20%，其貴金屬銥的用量約為傳統(tǒng)的1%。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明提供一種標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其包括如下步驟:
[0006]在鈦片上修飾一層二氧化鈦納米管陣列，同時(shí)采用溶膠凝膠法制備納米二氧化銥顆粒分散液，使用溶膠凝膠法制備的納米氧化銥顆粒小分散好。
[0007]將經(jīng)修飾的鈦片浸沒于所述納米二氧化銥顆粒分散液中，使所述的經(jīng)修飾的鈦片對納米二氧化銥顆粒進(jìn)行吸附；
[0008]吸附結(jié)束后，進(jìn)行干燥，然后在300?500°C下進(jìn)行燒結(jié)，得到標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述修飾的方法為陽極氧化的方法或堿的醇溶液浸泡的方法。
[0010]作為優(yōu)選方案，在所述陽極氧化的操作中，用于所述陽極氧化的電解液為氟化銨的無水乙二醇溶液，控制電解電壓為5?50V，電解時(shí)間為5?60min，所述二氧化鈦納米管的直徑為40?200nm。
[0011]作為優(yōu)選方案，在所述氟化銨的無水乙二醇溶液中，氟化銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?0.
[0012]作為優(yōu)選方案，所述納米二氧化銥顆粒分散液的制備方法為:
[0013]將三氯化銥水溶液的pH值調(diào)節(jié)至11?14后，在70?90°C下攪拌，
[0014]冷卻至O?4°C，調(diào)節(jié)pH值至I?3，攪拌后得到的納米二氧化銥顆粒分散液。
[0015]作為優(yōu)選方案，所述納米二氧化銥顆粒的粒徑為I?10nm。
[0016]作為優(yōu)選方案，所述三氯化銥水溶液的濃度為I?4mol/L。
[0017]作為優(yōu)選方案，所述燒結(jié)的操作中，升溫速率為5?20°C /min。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0019]1、本工藝中采用納米二氧化銥顆粒，顆粒小，催化劑利用率高，電極制備過程中的貴金屬銥的消耗少，僅為傳統(tǒng)工藝的1%，極大地降低了成本；
[0020]2、本工藝僅需一次燒結(jié)即可成型，與傳統(tǒng)工藝地反復(fù)加熱燒結(jié)相比，較大地降低了制備過程能耗，僅為傳統(tǒng)工藝的20%。
【附圖說明】
[0021]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯:
[0022]圖1實(shí)施例1所得二氧化鈦納米管的SEM圖；
[0023]圖2實(shí)施例1所得納米二氧化銥催化劑的TEM圖；
[0024]圖3實(shí)施例1所得二氧化鈦納米管及二氧化銥納米顆粒的TEM圖；
[0025]圖4對比例I所得傳統(tǒng)電極表面的SEM圖；
[0026]圖5實(shí)施例1及對比例I所得的電極線性伏安曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]實(shí)施例1
[0029]—種高催化活性低貴金屬消耗的二氧化銥-鈦標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極，其制備方法具體包括如下步驟:
[0030](I)電極材料基底的修飾
[0031]取Icm2去油洗凈后的0.25mm厚的鈦片放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的氟化氨的無水乙二醇溶液中，鉑板電極為對電極，在1V電壓下陽極氧化20min，而后取出洗凈，得到表面具有二氧化鈦納米管修飾的電極材料。
[0032]圖1為本實(shí)施例所得的二氧化鈦納米管的SEM圖，可以發(fā)現(xiàn)通過上述方法，形成了緊密排列的管徑約為10nm的二氧化鈦納米管。
[0033](2) 二氧化銥顆粒的制備
[0034]取10mL濃度為2mmol/L的三氯化銥溶液，滴加氫氧化鈉溶液使溶液pH為13，加熱至90°C，并繼續(xù)加熱lOmin，而后冰水浴降溫到0°C，隨后加鹽酸溶液使溶液pH = 1，并持續(xù)攪拌12h，得到深藍(lán)色的納米二氧化銥催化劑溶液。
[0035]圖2為本實(shí)施例所得的納米二氧化銥晶體顆粒的TEM圖，納米顆粒粒徑約為4nm。
[0036](3) 二氧化銥顆粒的負(fù)載制備
[0037]將修飾有二氧化鈦納米管的鈦片電極浸沒于I?3ml步驟(2)所得的納米二氧化銥分散液中，使電極在常溫下吸附二氧化銥顆粒。2h后，取出電極。經(jīng)紫外分光光度計(jì)測試，在吸附前后，溶液濃度減少為吸附前的90%，放入馬弗爐中加熱至400°C，并持續(xù)lh，燒結(jié)成型。其催化劑負(fù)載量為0.6 ymol/cm2。
[0038]同一份納米二氧化銥分散液可對多片修飾有納米二氧化鈦納米管的鈦片進(jìn)行吸附。
[0039]圖3為本實(shí)施例樣品實(shí)施負(fù)載工藝后的??Μ圖，可以看出本實(shí)施例所制備的納米氧化銥顆粒已經(jīng)成功負(fù)載在二氧化鈦納米管上。
[0040]對比例I
[0041 ] 一種傳統(tǒng)二氧化銥-鈦標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法。其方法具體為:
[0042](I)電極材料基底的修飾
[0043]取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的草酸溶液加熱至60°C，將除油過的鈦片放入草酸溶液中進(jìn)行表面刻蝕，Ih后取出鈦片并洗凈。
[0044](2)催化劑的負(fù)載
[0045]將刻蝕后的鈦片加熱至80°C，并在表面均勻涂抹0.2mol/L的三氯化銥溶液，而后放入馬弗爐中加熱至400°C，并持續(xù)I小時(shí)，完成一層催化劑的制備和負(fù)載。而后再次在表面均勻涂抹并加熱燒結(jié)，直至完成10層催化劑的負(fù)載，大約消耗2.5ml三氯化銥溶液，總催化劑負(fù)載量為0.5mmol/cm2。
[0046]圖4為對比例I所得的電極表面SEM圖。其中黑色顆粒即為二氧化銥顆粒。
[0047]圖5為對比例I和實(shí)施例1所得的電極材料的線性伏安曲線圖，顯示出由實(shí)施例1得到的新型標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極具備和由對比例I所得的傳統(tǒng)電極相似的電催化性能。若比較貴金屬銥的用量，實(shí)施例1中的銥元素用量僅為對比例I中的1%。
[0048]綜上所述，本發(fā)明的新型二氧化銥-鈦的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極，具有高催化性能、低貴金屬消耗等特點(diǎn)，在保持性能的同時(shí)降低了電極的制造成本，具有巨大的應(yīng)用潛力。以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。
[0049]需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 在鈦片上修飾一層二氧化鈦納米管陣列，同時(shí)采用溶膠凝膠法制備納米二氧化銥顆粒分散液； 將經(jīng)修飾的鈦片浸沒于所述納米二氧化銥顆粒分散液中，使所述的經(jīng)修飾的鈦片對納米二氧化銥顆粒進(jìn)行吸附； 吸附結(jié)束后，進(jìn)行干燥，然后在300?500°C下進(jìn)行燒結(jié)，得到標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極。2.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，所述修飾的方法為陽極氧化的方法或堿的醇溶液浸泡的方法。3.如權(quán)利要求2所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，在所述陽極氧化的操作中，用于所述陽極氧化的電解液為氟化銨的無水乙二醇溶液，控制電解電壓為5?50V，電解時(shí)間為5?60min，所述二氧化鈦納米管的直徑為40?200nm。4.如權(quán)利要求3所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，所述氟化銨的無水乙二醇溶液中，氟化銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?0.5%。5.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化銥顆粒分散液的制備方法為: 將三氯化銥水溶液的pH值調(diào)節(jié)至11?14后，在70?90°C下攪拌， 冷卻至O?4°C，調(diào)節(jié)pH值至I?3，攪拌后得到的納米二氧化銥顆粒分散液。6.如權(quán)利要求5所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，所述納米二氧化銥顆粒的粒徑為I?10nm。7.如權(quán)利要求5所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，所述三氯化銥水溶液的濃度為I?4mol/L。8.如權(quán)利要求1所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)的操作中，升溫速率為5?20°C /min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極的制備方法，其包括如下步驟：在鈦片上采用陽極氧化的方法修飾一層二氧化鈦納米管陣列，同時(shí)采用溶膠凝膠法制備納米二氧化銥顆粒分散液；將經(jīng)修飾的鈦片浸沒于所述納米二氧化銥顆粒分散液中，使所述的經(jīng)修飾的鈦片對納米二氧化銥顆粒進(jìn)行吸附；吸附結(jié)束后，進(jìn)行干燥，然后在300～500℃下進(jìn)行燒結(jié)，得到標(biāo)準(zhǔn)尺寸電極。本發(fā)明具有如下的有益效果：本工藝中采用納米二氧化銥顆粒，顆粒小，催化劑利用率高，電極制備過程中的貴金屬銥的消耗少，僅為傳統(tǒng)工藝的1％，極大地降低了成本；本工藝僅需一次燒結(jié)即可成型，與傳統(tǒng)工藝地反復(fù)加熱燒結(jié)相比，較大地降低了制備過程能耗，僅為傳統(tǒng)工藝的20％。
【IPC分類】C25B11/10, C25B11/06
【公開號】CN105200451
【申請?zhí)枴緾N201510612620
【發(fā)明人】趙一新, 單瑞, 張紫辰, 闞淼, 張?zhí)? 李戈, 岳東亭, 郭男杰
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月23日