CN1009562B - 用于电化学过程的电极，制造此电极的方法及电极在电解槽中的应用 - Google Patents

Abstract

一种具有被覆层的电极，该被覆层由基本上与金属基底不相容的电催化陶瓷材料制成，一层锚连用的预覆层(或中间层)方便地用电解沉积法覆在金属基底上，并通常是由包含有陶瓷材料颗粒的惰性金属的载体构成，这种陶瓷材料对于构成表面的(或外面的)电催化被覆层的陶瓷材料最好是可相容或甚至是同晶相，因而使被覆层对金属基底的附着力和贯穿被覆层的导电率大大改善。在装备有本发明电极的电解槽中，电解氯化钠更加有效并较少出现问题。

Description

本发明一般地涉及到用于电化学反应中的电极，具体地，涉及到复合催化电极，即由一个高导电率支撑体和一层与构成支撑体的材料不同的催化材料被覆层所组成的电极。

具体地说，本发明涉及到一种改进的电极、制造此电极的方法和此电极在电解槽中的使用，尤其是涉及到电解碱性金属卤化物（更具体地，是氯化钠）的电极。

为了满足市场的需求，每一年都要生产成百万吨的氯气和氢氧化钠，而这些主要是通过电解氯化钠的水溶液得到的，以此为例来考虑，就会很容易地评价获得高效和耐用电极的重要性。为了生产相同数量的氯气和氢氧化钠，那怕是仅仅降低50毫伏的电解槽电压就会使功率消耗得到十分明显的节省。

在氯化钠的电解过程、以及其它的电解过程中，电解槽电压的主要影响是电极的过电压。过电压及属于特定电解过程的特性的其它情况，主要取决于电极的表面。也就是说，过电压取决于发生电化学反应的表层材料的化学物理性质以及其它因素，比如表层材料的结晶特性和所说材料的光洁度或粗糙程度。

许多陶瓷材料有着具有工业价值的电催化特性：在这些氧化物中，混合氧化物、复合氧化物或者其它的金属和氧的导电型化合物，例如钙钛矿、赤铁矿、尖晶石、青铜已是人们所熟知的。最常使用的所说的材料，比如说氧化物和混合氧化物常常包含至少一种属于铂、铱、钌和钯族的贵金属。

这些电催化特性已主要地被用来在阀金属（valve    metal）的基底上，典型地是在钛上提供电催化阳极被覆层。

阀金属，比如钛、锆、钽和铪以及它们的合金对于制造阳极不但有用而且是不可缺少的，但它们不能用来制造阴极，因为所有这些金属都会或多或少地受到在阴极上形成的原子氢的氢化作用。另一方面，已经作了一些努力来在非阀材料比如钢、不锈钢、钴、镍、铜和它们的合金外覆上一层催化陶瓷材料。比如贵金属的氧化物。然而，由于这些金属氧化物的陶瓷被覆层的附着能力差，迄今还没有实现它的工业应用。

事实上，被覆至少有一种贵金属的陶瓷氧化物层的方法是把一种或几种涂覆在基底表面的可热分解的金属盐进行高温热分解。对于在非阀金属基底上进行被覆，此方法似乎不合适。

与阀金属不一样，这些金属，例如镍、铜、铁以及一般是钢，在含氧气氛比如空气中，在热分解的过程中会深度氧化。进而，所说的氧化物与一种或多种催化陶瓷氧化物不相容并且通常是不可混合的。这种亲合力的不足是催化被覆层附着力差的主要原因之一。此外，与阀金属不同，金属基底的氧化物几乎不附着在母体金属的表面。

在制备电极时，最初的附着不足不是产生问题的仅有原因。不象上述的催化陶瓷材料，许多作为基底的非阀金属的氧化物通常是不稳定的，在特定条件下会出现还原或氧化现象，从它们的导电率低到可以忽略不计的意义来看，这些氧化物通常起着绝缘体的作用。

用例如机械的和/或腐蚀的方法使金属基底的表面变粗糙，或在特定的金属基底表面形成催化陶 瓷被覆层，比如用等离子喷射淀积、溶蚀或类似的技术在基底上得到多孔层，即使这样获得了足够的最初附着力。因为在金属（构成基底和它的氧化物的金属）与催化陶瓷材料之间的不相容性使得电极在工作过程中迅速变坏，这导致催化陶瓷材料的逐步脱落和损失，跟着是电解槽的工作过程中电极过电压的增大。

具体地说，在电解过程中，自催化被覆层的间隙和孔穴当中，气体，例如是氢气的猛烈释放势必会在十分短和工业上不可接受的时间间隔之后使催化被覆层脱落。

考虑到这个困难，工业用阴极催化被覆层所基于的催化材料不同于那些热致生成的陶瓷氧化物的材料。通常，为了制备所说的被覆层，可以用电解沉积或等离子流沉积的方法来涂覆诸如阮内（Raney）镍，硫化镍等材料，例如可电解沉积上某些贵金属或镍，或者用等离子流沉积或溶蚀法涂覆上一层多孔铁，这些涂覆了的材料常被用来增加阴极的有效活性表面。

虽然有足够的催化剂，这些被覆层很容易受到电解液中存在的杂质的“抑制”。具体地说，所说的催化被覆层是杂质（特别是不可避免地存在的铁）的实际收集器，即使在电解液中杂质以微量存在也是如此。因而，在短时间之后，在超量铁或其它杂质存在时，阴极过电压增大并且保持稳定，此时可以发现一层粘性的铁和/或铁的氧化物，也包含某些重金属，已淀积到阴极上。

本发明的一个目标是提供一种在金属支撑体上形成电催化陶瓷材料被覆层的方法，与用已知技术得到的电催化被覆层相比，稳定性得到了改进。

本发明的另一个目标是提供一种新型的催化电极，它的寿命和效率特性得到了改进。

本发明的又一个目标是提供一个改进的电解槽，用来电解碱金属卤化物，特别是用来电解氯化钠。

通过以下的详细描述，本发明的这些和其余的目标及优点将会变得十分明显。

对于本领域的行家来说，已经引入现有技术讨论并将在以下的对本发明描述中使用的某些术语有着很好的确定了的意义，然而，为了更清楚地解释，把赋予所说的这些术语的意义叙述如下是必需的：

“陶瓷材料”意味着由金属和非金属元素组成的、有着晶格结构的高稳定性材料。非金属元素通常是氧，虽然也可以是碳、氮、硫或卤素，比如氟。

“电催化陶瓷材料”，或者更简单地称为“催化材料”意味着这样一种陶瓷材料，它在室温下表现出相当大的导电率和对电化学反应有相当低的过电压。

“金属支撑体”或“金属基底”或“支撑金属”意味着形成电极的金属结构。所说的结构可以有任何形状。它可以是实心的或冲孔的或拉制的多孔板，或是一个棒，或任何其它的几何实体，或是由金属丝构成的织物或织物形式或类似结构。

“同晶”材料和“可相容”材料意味着材料各自有着相同的、或基本类似的晶相结构，以及具有足够的相容的结构，以致可形成混合的、固溶体金相。

根据本发明，提供了一种用于电化学反应中的电极，它包括一个导电的惰性金属基底及一个电催化的附着的被覆层，其特征在于，所说的被覆层包括：

a）一个在金属基底的至少一部分表面上的锚连用的预覆层（或中间层）该预覆层包含有散布在惰性金属载体中的陶瓷材料颗粒;

b）一个在所说的预覆层上被覆的陶瓷表面被覆层，所说的表面被覆层主要包括电催化陶瓷材料，所说的预覆层的陶瓷材料与表面被覆层的陶瓷材料基本上是可相容的，或者甚至是同晶的。

一种用来在惰性金属支撑体上制备所说的电催化陶瓷材料被覆层的本发明的方法，其特征在于所说的方法包括：

a）在所说的基底表面上形成一个锚连用的预覆层（或中间层），此层包括了散布在惰性金属载体内的陶瓷材料颗粒，所说的陶瓷材料与随后用来形成电催化表面被覆层的陶瓷材料可相容，甚至同晶，所说的预覆层是以一段足够长的时间间隔进行电解沉积以形成所希望的厚度，所说的载体金属和所说的颗粒来自含有载体金属的离子的电镀液，陶瓷材料的颗粒是以悬浮液形式保持在电镀液中的。

b）在所说的锚连用的预覆层（或中间层）上涂覆有所选定的电催化陶瓷材料的原始化合物的溶液或悬浮液，以形成电催化表面被覆层;

c）除去所说的原始化合物的溶液或悬浮液中 的溶剂;

d）在炉子中，在一定温度下加热一段足以使原始化合物转变为陶瓷材料所需的时间;

e）冷却到室温;

f）任选地、按需要重复步骤b）、c）、d）和e）多次，直到获得所希望的电催化表面被覆层厚度为止。

已经意外地发现，本发明的方法允许在下面例举的材料之间获得优良的、意外的附着力，例如氧化钌显然是一种十分有用的电催化陶瓷材料，而镍、不锈钢、铜是特别适合于生产电解槽中所使用的阴极的金属。

也已经发现，根据本发明的方法，所提供的电催化陶瓷被覆层有着优良的寿命和抵抗因电解液中通常包含的杂质所造成的抑制催化的能力。

已经完成了比较试验，通过把样品电极加速老化，以检验用本发明的方法所制得的被覆层的附着力和寿命。所得的试验结果表明，按本发明的方法所获得的被覆层的活性寿命比普通被覆层的活性寿命长3到8倍。

这种优良的稳定性可用这样的事实来解释，陶瓷材料颗粒被紧密地结合到并嵌入惰性金属载体中，这些颗粒，实质上与表面的催化陶瓷材料可相容或者甚至是同晶的，构成了所说的表面被覆层的许多锚连点。

也可以假定，在锚连用的预覆层或者说中间层的表面上存在着可相容的或者甚至同晶的颗粒，表面被覆层最先在那里开始形成，在原始化合物热分解形成催化性陶瓷材料的过程中，中间层上的那些颗粒起着所说的表层催化陶瓷材料的优先晶核点和生长点的作用。

另外的优点以如下的事实来表明，即根据本发明得到的催化陶瓷被覆层的附着力和寿命特性似乎不会降低，而不论所说的被覆层是在本质上坚硬的金属结构上形成还是在极其柔软的金属结构（比如说由0.1毫米的镍丝制成的编织物）上形成。也就是说，根据普通的技术制造的催化陶瓷被覆层是极其坚硬、极其脆的，当弯折基底时，它们就易于从基底上脱落，因而不能用于薄的、柔软的金属结构上;而根据本发明制造的催化陶瓷被覆层不会破裂或脱离，即使把它们覆盖在极薄和柔软的结构上也是如此。

此外，根据本发明的较佳实施方案，当紧紧嵌入锚连用的预覆层（或中间层）的惰性金属载体当中的陶瓷材料颗粒是由导电的陶瓷材料构成时，它们在表面被覆层的电催化陶瓷材料和锚连用的预覆层（因而成为金属支撑结构）的金属载体之间优先构成电流通路的“桥”。

换句话说，通过在锚连用的预覆层（或中间层）中的陶瓷颗粒在预覆层的表面上形成了构成表面被覆层的陶瓷材料的晶核和生长区域，包含在预覆层（或中间层）内的陶瓷颗粒不但增强了表面催化陶瓷被覆层的机械稳定性，而且大大降低了欧姆电阻，这些电阻阻碍了电子由电极的表面向支撑金属结构的转移，反之亦然。

下面将叙述某些实际例子，它们描述了实现本发明的较佳方法和条件，它们仅用来更好地介绍本发明而不是对本发明的范围加以限制，很显然，本发明可以用不同的方法来实现和加以利用。

考虑到本发明在制造电解槽阴极上的出色应用，具体地说，考虑到在电解氯化钠以制取氯气和氢氧化钠中的优点，前面的描述涉及到了上述应用的较佳条件和材料。

在带有离子交换薄膜或多孔隔膜的碱金属氯化物电解槽中使用的阴极通常基于一个栅网，或多孔金属网，或多孔的铁、镍、镍合金、不锈钢、铜或银的薄板。这些材料用来防止氢脆并且防止在电解槽停用时的腐蚀。

为了使其表面更易于接受被覆层，上述的金属基底可按照常规的工艺去油、喷砂和/或酸洗。

根据本发明的较佳实施方案，惰性金属基底是在电镀槽中被阴极极化的，槽中至少有一种载体金属的盐和催化陶瓷材料的粉末（最好是导电的），通过搅拌，它们被溶解并以悬浮液形式保持。适用于电解沉积锚连用的预覆层（或中间层）载体的金属必须是抗腐蚀的，并且易于实现电解沉积。适宜的材料是铁、镍、银、铜、铬和它们的合金。然而，由于较好的抗腐蚀性及易于电沉积的原因，较好的材料是镍和银。

通常，所说的金属的无机盐，比如氯化物、硝酸盐和硫酸盐被用在电镀槽中。进而，在电镀槽中有可能使用相同或不同金属的一种或多种盐类。在后一情况下，沉积了一层载体，事实上，这层载体是上述一种或多种金属的合金。

由电镀槽中以悬浮液形式存在的颗粒所组成的陶瓷材料的选定要考虑被覆到锚连用的预覆层（或中间层）上的催化陶瓷材料的类型。在锚连用的预覆层（或中间层）的惰性金属载体中，用共同电解沉积法嵌入的颗粒的陶瓷材料应当最好表现出与构成表面被覆层的催化陶瓷材料的亲合力，以及两者实质上是可相容或者甚至是同晶的。

虽然并非必须，构成惰性金属载体内颗粒的陶瓷材料应当最好与表面被覆层的材料相同。

具体地说，适宜的陶瓷材料是属于以下的至少一种金属的氧化物和混合氧化物：钛、锆、铌、铪、钽、钌、铱、铂、钯、铑、钴、锡和锰。钙钛矿、赤铜矿、尖晶石;它们的硼化物、氮化物、碳化物以及硫化物也是有用的材料。

钛和钌、钽和铱、锆和铱或钛或铱的混合氧化物，钛、硼化钛、碳化钛的非化学配比的导电氧化物是特别合适的，因为它们表现出了优良的稳定性和良好的导电性。

颗粒的直径最好是在0.2到30微米之间，并且通常小于待沉积的载体金属的厚度。除非在电解液中加入表面活化剂，否则颗粒直径小于0.1微米会造成成团现象和在惰性金属载体内的不均匀沉积。颗粒直径大于约30微米时，会引起锚连表面的极其粗糙和参差不齐。

包含在电解液中的陶瓷材料颗粒的数量可以在宽范围内改变。较合适的数值通常是在每升溶液1到50克粉末之间，并搅拌电镀液以防止沉淀。

电流密度、电解液的温度和pH值将是由供应厂家推荐的那些数值，或者是为了获得在基底上的满意的附着力而决定的数值。

进行金属被覆层的沉积，该被覆层包含了在惰性金属载体中分布的陶瓷颗粒，直到被覆层有着2到30微米或更厚的均匀厚度为止，这个厚度通常大于平均的颗粒直径。至少2微米的厚度被认为是确保整个表面均匀被覆所必需的最小厚度，而沉积的被覆层厚度超过30微米时并没有观察到具体的好处，尽管除了使锚连用的预覆层（或中间层）的成本成比例提高而外并没有带来任何特别的问题。

在使用了镍基底的情况下，锚连用的预覆层的厚度应当最好在5到15微米之间，而在使用了铜、铁或不锈钢基底的情况下，厚度最好增大到10到30微米，以便在特别严重和偶然的条件下，比如电解槽中具有高浓度次氯酸盐的情况下，改进这些基底的抗腐蚀性。

在扫描电子显微镜中，看出基底由紧附着的含有陶瓷颗粒的预覆层所被覆，这些颗粒被均匀地分布在惰性金属的载体中。在惰性金属载体中所包含的陶瓷材料的数量按重量比为百分之3到15之间。预覆层的表面显示为陶瓷材料颗粒在惰性金属载体上的一种镶嵌结构。在陶瓷颗粒之间的金属的表面（通常呈现为树枝状），发现了大量的孔和穴。

在清洗和已干燥预先被覆的基底之后，有一种或多种电催化陶瓷材料的原始化合物的溶液或悬浮液被加到所说的已预先被覆的基底上。在进行干燥以除去溶剂后，此预先被覆的基底在炉子中加热到足以使原始化合物分解的温度，以形成表面电催化陶瓷被覆层。

按上述操作的次序，可在炉子中干燥和加热多次，直到获得所希望的表面陶瓷被覆层的厚度为止。

在氧化物和混合氧化物的情况下，最好是在存在氧的情况下进行加热。

适宜的原始化合物可以是形成电催化陶瓷材料的一种或多种金属的无机盐，例如氯化物、硝酸盐和硫酸盐，或者是相同金属的有机化合物，例如树脂酸盐、醇化物及类似物。

较好的金属有钌、铱、铂、铑、钯、钛、钽、锆、铪、钴、锡、锰、镧和钇。

在加热处理过程中，炉子的温度通常为300℃到650℃之间。在此温度范围内，原始化合物完全变成了陶瓷材料。

表面被覆层的电催化陶瓷材料的数量最好应当为每平方米的被所说的被覆层覆盖的外表面至少有2克。把表面被覆层的陶瓷材料数量增大到每平方米约20克，观察到了寿命的显著成比例的增长，而进一步加厚表面被覆层似乎在这方面并没有特别的好处。于是，表面被覆层的陶瓷材料的数量最好是每平方米被覆表面为2～20克，很少是在每平方米2克以下或20克以上。

一个具体的较好材料是氧化钌，它对于氢的析出有着高的催化作用并且在贵金属中是最便宜的，然而，用铱、铂、铑和钯也可获得十分满意的结果。

特别地，当钌和钛的混合氧化物按照金属间的重量比在10∶1到1∶1的范围之内时，对于两种涂覆层都是最佳的，即对于锚连用的预覆层（或中间层）的金属载体中分布的颗粒，以及对于表面催化被覆层都是最佳的。氧化钛的存在使得被覆层比起单用氧化钌时有着更稳定的机械和化学性能。

可分解的盐类溶液可以是水溶液，在此情况下，最好是利用金属的无机盐，例如氯化物、硝酸盐或硫酸盐，并把溶液酸化到如此程度，即适当地溶解盐并且加入少量的异丙醇。

另一方面，可以使用金属的可分解有机盐类的有机溶液。

在被覆溶液中的金属盐类间的比例与焙烧获得的混合氧化物中金属间所希望的比值成比例相关。

以下的实例仅用来更为详细地介绍本发明。很明显，仅提出了某些具体的、有实际意义的实际例子，而本发明并不会受到这些特定实例的局限。除非有不同的标注，比例、百分比和份数都应当是按重说的。

实例1

将直径为0.1毫米的镍丝作成的几个网状样品用蒸汽去油并在含15%盐酸的溶液中漂洗大约60秒钟。所说的镍网样品用作为基底，用来在有着如下组分的电镀槽中进行电沉积：

硫酸镍    200克/升

氯化镍    50克/升

硼酸    40克/升

金属之比为10∶1的钌和钛的

混合氧化物粉末    10克/升

电镀槽的温度为约50℃，电流密度为每平方厘米50毫安，混合氧化物颗粒的平均直径约2微米，最小直径为0.5微米，而最大直径为5微米。

通过机械搅动，粉末以悬浮液形式保留在电镀槽中，而电沉积持续约20分钟。

沉积上的锚连用预覆层的厚度大约为15微米，而大约10%的预覆层是由在镍载体中均匀分布的混合氧化物颗粒组成。

在预覆层表面上的混合氧化物的颗粒仅仅部分地为镍所覆盖。于是，此表面的一部分是由未被覆盖（或暴露）的表面所构成。镍被覆层本身是枝状的。

在去离子水中漂洗和干燥以后，有着下列成份的水溶液被加到已被覆了的样品之一的表面上：

氯化钌    （按金属重量）    10克

氯化钛    （按金属重量）    1克

30%过氧化氢的水溶液    50毫升

20%盐酸水溶液    150毫升

在60℃下干燥约10分钟后，样品在存在空气的炉子里被加热到480℃，保持10分钟，随后冷却到室温。

在显微镜下扫描，可以看出已经形成一个表层或表面氧化物被覆层，用X射线衍射法分析发现，该表层是钌和钛的氧化物的固溶体。

表面的氧化物被覆层厚度大约是2微米，而由称重所决定的数量大约是每平方米被涂覆表面4克。

在另一个样品上，该样品已用电沉积覆盖上了锚连用的预覆层（或中间层），形成表面混合氧化物被覆层的过程被重复了三次，于是形成了每平方米大约12克的陶瓷表面被覆层。

把制得的电极作为阴极，放在35%的氢氧化钠中，在80℃下，电流密度自500安/米²到5000安/米²改变来测定放出的氢。为每一个样品绘制了一个塔菲尔（Tafel）特性图。为了比较之用，把一个仅仅用电沉积被覆了锚连用预覆层（或中间层）的样品在同样条件下也用作阴极来试验。

用12克/米²的氧化物被覆的电极，在500安/米²下，相对于一个参比甘汞电极有着-1.175伏的饱和甘汞电极（SCE）电压。而塔菲尔斜率为约35毫伏/十倍电流。

仅以4克/米²被覆了表层的电极，在500安/米²下，相对于一个参比甘汞电极有着-1.180伏的（SCE）电压，而塔菲尔斜率为35毫伏/十倍电流。

没有表面被覆层的比较电极在500安/米²下，相对于一个参比甘汞电极有着-1.205伏的（SCE）电压，而塔菲尔斜率为约85毫伏/十倍电流。

为了比较之用，将钌-钛混合氧化物陶瓷被覆层镀覆于一个镍网上，此镍网与为了制取本发明的电极所用的镍网相类似，但未预先在基底上镀覆有电解预覆层（或中间层）。形成的氧化物被覆层大约为6克/米²。

在相同的条件下对上述电极进行试验，在 500安/米²下，相对于一个参比甘汞电极有着-1.185伏的（SCE）电压，塔菲尔斜率约为50毫伏/十倍电流。

虽然所得的催化活性几乎类似于根据本发明的电极的催化活性，但发现其附着力十分不足。事实上，对着一个粗糙表面使劲一摇足以造成可观数量的陶瓷材料的剥离。

相反，根据本发明的电极表面被覆层有着极好的附着力并且能经受住粘性带的剥离试验。

实例2

根据实例1中描述的方法但使用了不同材料而制造了电极。

下面的表1指出了在与实例1相同的试验条件下，各种电极所获得的结果。

实例3

把实例2的电极用作实验室电解槽中的阴极，槽中有蓬·内穆尔（E.T.Du    Pont    de    Nemours）公司生产的纳非奥（Nafion）（R）阳离子交换隔膜，及覆有钌和钛的混合氧化物被覆层的钛阳极。

200克/升的氯化钠水溶液输到电解槽的阳极室中，而去离子水输到阴极室中，氢氧化钠浓度维持在大约35%。电流密度大约为3000安/米²而工作温度为85到95℃。

在第一个参考电解槽中，阴极是镍制的并且未经处理，而在第二个参考电解槽中，阴极是由镍制造的，并仅仅涂覆了一层锚连用的预覆层（或中间层），该预覆层由包含了12%氧化钌颗粒的镍载体组成。

在使用根据本发明制成的阴极的电解槽中所测得的电解槽电压比在第一个参考电解槽中测得的电压大约低0.2伏，而比在第二个参考电解槽中测得的电压大约低0.06伏。

在工作了3000小时以后，在装有本发明阴极的电解槽中的电解槽电压基本上没有改变，它对于第一个参考电解槽的电压差值降低到大约0.12伏，而对于第二个参考电解槽的电压差值增大到大约0.1伏。根据本发明制备的阴极没有表现出改变，而未经处理的镍阴极以及仅仅电解涂覆有镍预覆层（或中间层）的镍阴极看起来被盖上了一层黑色的沉淀物，经过分析，知道此沉淀物是由铁和氧化铁所构成。

表1

锚连用的预覆层    陶瓷表面被覆层    阴极电极    塔菲尔斜率

基底 （厚度为15微米） （15克/米²） 500安/米²毫伏/十倍

伏（SCE）    电流

镍 Ni+RuO₂/TiO₂RuO₂/TiO₂-1.175 35

镍 Ni+RuO₂RuO₂-1.170 37

镍 Ag+RuO₂RuO₂-1.170 35

镍 Ni/Ag+RuO₂RuO₂-1.178 35

镍 Ni+TiO₂RuO₂-1.170 40

镍 Cr+TrO₂IrO₂-1.180 42

铁 Fe+RuO₂RuO₂-1.175 38

铜 Cu+TiO₂RuO₂/TiO₂-1.175 40

银 Ag+TiO₂RuO₂/TiO₂-1.170 38

Claims (1)

1、一种在碱性溶液中析出氢的阴极，该阴极包括：

选自以下金属中的一种金属作为导电的惰性金属基底：铁、镍、不锈钢、铜、钴、银和它们的合金；

在上述金属基底表面至少一部分表面上的锚链用预覆层，上述预覆层由选自以下金属中的一种金属组成的惰性金属载体构成：铁、镍、银、铜、钴、铬和它们的合金，上述金属载体中嵌入有陶瓷材料颗粒；

覆在上述预覆层上的包括一种陶瓷材料的电催化表面被覆层，

其特征在于，嵌入在上述预覆层中的陶瓷材料颗粒和上述电催化表面被覆层的陶瓷材料有着基本上是可相容的，或者甚至是同晶的结构；

嵌入在上述预覆层中的颗粒的陶瓷材料是由属于以下金属中的金属氧化物或混合氧化物构成的：钛、锆、铪、钌、铱、铂、钯、铑、钴和锡；

上述电催化表面被覆层的陶瓷材料是由属于以下金属中的金属氧化物或混合氧化物构成的：钛、锆、铪、钌、铱、铂、钯、铑、钴和锡。