CN101419184B - 一种Ir/IrOx电极的制备方法 - Google Patents

一种Ir/IrOx电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ir/IrOx电极的制备方法。对Ir丝依次用丙酮、盐酸和去离子水进行清洗前处理后,经干燥后均匀放置在乘有碳酸盐和过氧化钠混合粉末的衬有金箔垫片的刚玉坩埚中。坩埚置于马弗炉后,鼓入干燥空气,加热并恒温在750℃的高温下5小时,Ir丝在氧化性极强的碳酸盐与过氧化钠熔融体中被氧化,在表面形成一层致密均匀的高氧化态IrOx层,制得Ir/IrOx电极。待炉内温度自然冷却后,用盐酸溶液洗去碳酸盐过氧化钠的剩余结晶,得到Ir/IrOx电极。本发明制得的Ir/IrOx电极响应迅速、灵敏度高、信号漂移问题有明显改善,并同时保留了该电极原有的全固态结构和体积小巧的优点,拓展了该电极在长期观测方面的能力,扩大了它的实际应用范围。

Description

一种Ir/IrOx电极的制备方法
技术领域
本发明涉及固态pH电极的制备方法,尤其涉及一种Ir/IrOx电极的制备方法。
背景技术
pH值是研究溶液化学的一个重要参数,在常温常压下,用玻璃电极测定pH值是一种非常成熟、并广泛使用的方法。但是在一些极端条件下,如高压常温和高压高温(>100℃)下,脆弱的玻璃电极在高压和温差作用下易碎裂,因此使用玻璃电极在线测量极端环境的pH值存在代价高和成功率较低等问题。金属氧化物电极作为玻璃电极的一种替代品,在极端环境下测量溶液pH的方法在近年来已经受到普遍的关注。不仅如此,在许多工业生产中,如在提高污水处理效率、降低油气设备在高腐蚀性条件下的腐蚀速率,提高某些化工反应效率等很多领域,pH都是表征反应进行程度以及实时效率的重要参数之一,并且如能实现在线实时监测,将能大大提高提高数据的准确性和及时性,进而大大提升生产效率、并降低危险性。因此能做到在线实时监测溶液pH值不仅对如深海探测这类必须使用在线探测手段的科学研究有着不可替代的科学意义,对很多实际应用型行业也有着十分重要的作用。
而一般用于测量pH的金属金属氧化物电极普遍存在着信号随时间漂移的问题,不具备长期稳定性,导致此电极无法进行长时间检测溶液pH之用。限制了该电极作为长期监测溶液pH手段的应用。因此,从制备工艺角度研究改善电极性能的方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是针对目前pH金属金属氧化物电极多存在的问题,从制备方法角度,提供一种Ir/IrOx电极的制备方法。
它的步骤如下:
1)截取一段长度为0.5~2.5厘米的Ir丝,依次用丙酮、1~2M盐酸和去离子水清洗,放入60~100℃的干燥箱内干燥1~2小时;
2)摩尔比为9:1~7:1的碳酸盐和过氧化钠粉末,在玛瑙研钵中研磨,均匀混合后放置在黄金坩埚或衬有金箔垫片的刚玉坩埚中,再放入Ir丝;
3)将坩埚置入马弗炉,鼓入流量为30~80ml/min的干燥空气,以3~8度/分钟的升温速率加热至740~760℃,并在750℃温度下恒温5小时,Ir丝在碳酸盐与过氧化钠熔融体中被氧化,在表面形成一层致密均匀的高氧化态IrOx层,制得Ir/IrOx电极;
4)待炉内温度自然冷却后,取出坩埚,并用1~3M的盐酸溶液进行清洗,洗去坩埚内的碳酸盐过氧化钠结晶,并将制得的Ir/IrOx电极用去离子水冲洗,放入60~100℃的干燥箱内进行干燥;
5)将Ir/IrOx电极一端的氧化层刮去1~2毫米,并焊上金属丝,作为电极的物理连接;
6)在金属丝及焊点上套上热缩管,用电吹风或电烙铁对热缩管进行加热,使热缩管收缩,对金属丝和焊点形成密封。
本发明制备所得的IrOx电极不仅保留着金属电极所固有的全固态结构、以及体积小、坚固、有较高的机械强度和韧性等优点。电极的响应速率、信号稳定性、电极的寿命等均有了大幅度的改善、若配合Nafion膜使用,不仅能使电极在很多恶劣环境中有良好的抗干扰性,而且信号稳定性更好,连续工作的时间更长,极大地拓展了该电极作为长期观察溶液pH值的原位化学传感器的能力。
附图说明
图1为在碳酸锂和过氧化钠熔融体内制备所得的电极在标准pH缓冲溶液中的响应情况示意图;
图2为电极的标定曲线;
图3为电极在pH为6的缓冲溶液中连续检测55小时的响应情况。
具体实施方式
实施例1
1)截取一段长度为2厘米的Ir丝,依次用丙酮、2M盐酸和去离子水清洗,放入100℃的干燥箱内干燥1小时,Ir丝的选用纯度为99.9%的Ir丝(购于英国Johnson Matthey公司);
2)摩尔比为9:1的碳酸锂和过氧化钠粉末,在玛瑙研钵中研磨,均匀混合后放置在黄金坩埚或衬有金箔垫片的刚玉坩埚中,再放入Ir丝;
3)将坩埚置入马弗炉,鼓入流量为50ml/min的干燥空气,以3度/分钟的升温速率加热至760℃,并在760℃温度下恒温5小时,Ir丝在碳酸盐与过氧化钠熔融体中被氧化,在表面形成一层致密均匀的高氧化态IrOx层,制得Ir/IrOx电极;
4)待炉内温度自然冷却后,取出坩埚,并用3M的盐酸溶液进行清洗,洗去坩埚内的碳酸钾过氧化钠结晶,并将制得的Ir/IrOx电极用去离子水冲洗,放入100℃的干燥箱内进行干燥;
5)将Ir/IrOx电极一端的氧化层刮去2毫米,并焊上金属丝,作为电极的物理连接;
6)在金属丝及焊点上套上PTFE热缩管,在300℃温度下用电吹风或电烙铁对热缩管进行加热,使热缩管收缩,对金属丝和焊点形成密封;
7)该IrOx电极用于测量溶液pH时,需要与标准参比电极配对进行工作,参比电极可选择商业甘汞电极、Ag/AgCl电极。
8)电极在常温常压的标准pH缓冲溶液1~11中,响应性能如图1,2所示。如图1显示,电极的响应速度十分灵敏且获得的电压信号十分稳定,同时,如附图2所示,它的电压与pH之间存在着非常高的线性拟合度,且斜率也符合能斯特理论值-59mV/pH。图3中,电极在pH为6的标准缓冲溶液中,连续监测55小时的响应情况,电极55小时的平均检测电压为345mV,它的标准偏差为±4mV,在-59mV/pH的斜率中相当于所测pH值低于0.1个pH单位的浮动,电极的长期稳定性有了显著的提高。
实施例2
1)截取一段长度为2.5厘米的Ir丝,依次用丙酮、2M盐酸和去离子水清洗,放入100℃的干燥箱内干燥2小时;
2)摩尔比为8:1的碳酸钠和过氧化钠粉末,在玛瑙研钵中研磨,均匀混合后放置在黄金坩埚或衬有金箔垫片的刚玉坩埚中,再放入Ir丝;
3)将坩埚置入马弗炉,以8度/分钟的升温速率加热至750℃,并在750℃温度下恒温5小时,Ir丝在碳酸钠与过氧化钠熔融体中被氧化,在表面形成一层致密均匀的高氧化态IrOx层,制得Ir/IrOx电极,升温及恒温过程需向马弗炉内鼓入空气,空气流量保持在80ml/min;
4)待炉内温度自然冷却后,取出坩埚,并用3M的盐酸溶液进行清洗,洗去坩埚内的碳酸钠过氧化钠结晶,并将制得的Ir/IrOx电极用去离子水冲洗,放入100℃的干燥箱内进行干燥;
5)将Ir/IrOx电极一端的氧化层刮去2毫米,并焊上金属丝,作为电极的物理连接;
6)在金属丝及焊点上套上热缩管,用电吹风或电烙铁对热缩管进行加热,使热缩管收缩,对金属丝和焊点形成密封;
7)该IrOx电极用于测量溶液pH时,需要与标准参比电极配对进行工作,参比电极可选择商业甘汞电极、Ag/AgCl电极等。
实施例3
1)截取一段长度为2厘米的Ir丝,依次用丙酮、2M盐酸和去离子水清洗,放入100℃的干燥箱内干燥1小时,Ir丝的选用纯度为99.9%的Ir丝(购于英国Johnson Matthey公司);
2)摩尔比为7:1的碳酸钾和过氧化钠粉末,在玛瑙研钵中研磨,均匀混合后放置在黄金坩埚或衬有金箔垫片的刚玉坩埚中,再放入Ir丝;
3)将坩埚置入马弗炉,鼓入流量为30~80ml/min的干燥空气,以3~8度/分钟的升温速率加热至740℃,并在740℃温度下恒温5小时,Ir丝在碳酸盐与过氧化钠熔融体中被氧化,在表面形成一层致密均匀的高氧化态IrOx层,制得Ir/IrOx电极;
4)待炉内温度自然冷却后,取出坩埚,并用3M的盐酸溶液进行清洗,洗去坩埚内的碳酸钾过氧化钠结晶,并将制得的Ir/IrOx电极用去离子水冲洗,放入100℃的干燥箱内进行干燥;
5)将Ir/IrOx电极一端的氧化层刮去2毫米,并焊上金属丝,作为电极的物理连接;
6)在金属丝及焊点上套上PTFE热缩管,在300℃温度下用电吹风或电烙铁对热缩管进行加热,使热缩管收缩,对金属丝和焊点形成密封;
7)该IrOx电极用于测量溶液pH时,需要与标准参比电极配对进行工作,参比电极可选择商业甘汞电极、Ag/AgCl电极等。

Claims (2)

1.一种Ir/IrOx电极的制备方法,其特征在于它的步骤如下:
1)截取一段长度为0.5~2.5厘米的Ir丝,依次用丙酮、1~2M盐酸和去离子水清洗,放入60~100℃的干燥箱内干燥1~2小时;
2)摩尔比为9:1~7:1的碳酸盐和过氧化钠粉末,在玛瑙研钵中研磨,均匀混合后放置在黄金坩埚或衬有金箔垫片的刚玉坩埚中,再放入Ir丝;
3)将坩埚置入马弗炉,鼓入流量为30~80ml/min的干燥空气,以3~8度/分钟的升温速率加热至740~760℃,并在750℃温度下恒温5小时,Ir丝在碳酸盐与过氧化钠熔融体中被氧化,在表面形成一层致密均匀的高氧化态IrOx层,制得Ir/IrOx电极;
4)待炉内温度自然冷却后,取出坩埚,并用1~3M的盐酸溶液进行清洗,洗去坩埚内的碳酸盐过氧化钠结晶,并将制得的Ir/IrOx电极用去离子水冲洗,放入60~100℃的干燥箱内进行干燥;
5)将Ir/IrOx电极一端的氧化层刮去1~2毫米,并焊上金属丝,作为电极的物理连接;
6)在金属丝及焊点上套上热缩管,用电吹风或电烙铁对热缩管进行加热,使热缩管收缩,对金属丝和焊点形成密封。
2.根据权利要求1所述的一种Ir/IrOx电极的制备方法,其特征在于所述的碳酸盐为碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾。
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