CN105198050A

CN105198050A - 一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法

Info

Publication number: CN105198050A
Application number: CN201510571413.XA
Authority: CN
Inventors: 朱开贵; 闫波
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明公开了一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法。将碱洗过的钛基片在盐酸中刻蚀30分钟，得到预处理后的基片。将此基片在置于气氛退火炉中，控制升温温度，升温到一定温度后，在氩氧混合气中保温处理一段时间，自然冷却到室温后，在基片表面得到微米级针状TiO₂诱导层。利用镀膜设备，控制镀膜角度，在含有诱导层的钛基片沉积含有一定锑原子比的二氧化锡薄膜。控制薄膜厚度微米级。最后将溅射后的电极在马弗炉中高温退火，得到所需电极。此电极具有高稳定性，长寿命，高析氧电位的特点。

Description

一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法

技术领域

本发明属于电催化形稳电极制备领域，特别涉及一种高稳定性钛基二氧化锡形稳电极的制备方法。

背景技术

DSA电极的制备是电催化氧化法降解废水中有机物的关键点之一。电催化氧化技术通过产生羟基等强氧化性的活性基团来将污水中的有机污染物氧化降解，具有无二次污染、成本低、适用性强、效率高等特点。在处理高浓度、难生化降解、有毒废水方面具有明显的应用潜力。电化学反应一般是在电极表面附近进行的，因此电极表面性能如何至关重要，选择适合的电极材料和对其改性，以改善电极的表面催化性能，成为了电极制备的重点所在。近年来，钛基DSA电极已发展成为以金属氧化物电极为主的形式，目前常用的金属氧化物主要有氧化钌、氧化锰、氧化铅、氧化铂、氧化铱、锡锑氧化物等。目前市售的产品主要还是以氧化铱、氧化钌等稀有金属氧化物为主，虽然寿命较长，但是析氧电位较低，且价格昂贵，很难用于大规模处理难氧化有机物废水。因此利用二氧化锡电极制备DSA电极成为一种极大降低成本的方式。但是二氧化锡存在寿命短，稳定性差的缺点。本发明通过生成诱导层的方式，利用磁控溅射最终得到一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极。

发明内容

针对目前二氧化锡DSA电极稳定性差的缺点，本发明提供了一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法，利用钛表面产生针状二氧化钛诱导层，之后利用磁控溅射方法制备锑掺杂的二氧化锡电极薄膜。退火后得到所需电极。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

用60#砂纸将钛基片表面打磨至出现金属光泽，之后将钛基片表面打网格花纹，将钛基片置于烧杯中，加入30ml10wt％氢氧化钠溶液，加入转子后放置于磁力搅拌器上，在60℃,200rpm条件下清洗去油20分钟，取出钛基片，用去离子水清洗后，再将钛基片放置于超声波清洗仪中用去离子水清洗15分钟；

将上述打磨过的钛基片放置于18wt％的盐酸或者10％草酸溶液中，在半密闭条件下加热至85℃，刻蚀30分钟，直到钛基片表面无明显织构痕迹，且呈现均匀的麻灰色表面，将钛基片用去离子水清洗后，再放置于30ml丙酮中超声清洗15分钟，用去离子水清洗后，再放置于超声波清洗仪中用去离子水清洗15分钟，晾干后保存于无水乙醇中，得到预处理钛基片；

将预处理后的钛基片置于管式气氛退火炉中，控制氩气：氧气比例为9:1,控制管式炉升温温度为20℃/min，保温温度为400℃～600℃，保温时间为0.5～2h，随炉冷却到室温后，基体表面得到所需微米级针状二氧化钛诱导层；

在钛基片生成二氧化钛诱导层之后，利用磁控溅射，沉积一层锑掺杂的二氧化锡薄膜。所述锑掺杂二氧化锡薄膜的锑原子比为2％～12％，薄膜厚度为1um～10um。

对生成的包含针状诱导层的钛基锑掺杂二氧化锡薄膜进行退火处理，处理步骤如下：将包含针状诱导层的钛基锑掺杂二氧化锡薄膜置于马弗炉中，在400℃～600℃条件下退火0.5～2h，在空气中冷却后，得到所需电极。

本发明的创新之处在于在预处理好的钛基片上，在气氛退火炉中退火处理得到针状二氧化钛诱导层，在针状二氧化钛诱导层的基础上，利用磁控溅射的方式沉积2％～12％锑原子百分比的二氧化锡薄膜，由于诱导层的存在，生成的薄膜厚度为1um～10um，薄膜表面形貌不同于常规方式制备的电极的龟裂表面，呈现出均匀的絮状无裂纹密实涂层。利用此方法得到一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极。

Claims

1.一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法，其特征在于，利用钛表面产生针状二氧化钛诱导层，之后利用沉积的方法制备锑掺杂的二氧化锡电极薄膜，退火后得到所需电极。

2.根据权利要求1所述的一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法，其特征在于钛基片表面需要进行碱洗酸洗预处理过程，依次包括以下步骤：

(1)用60#砂纸将钛基片表面打磨至出现金属光泽之后将钛基片表面打网格花纹，将钛基片置于烧杯中，加入30ml10wt％氢氧化钠溶液，加入转子后放置于磁力搅拌器上，在60℃,200rpm条件下清洗去油20分钟，取出钛基片，用去离子水清洗后，再将钛基片放置于超声波清洗仪中用去离子水清洗15分钟；

(2)将步骤(1)中得到的钛基片放置在18wt％的盐酸或者10％草酸溶液中，在半密闭条件下加热至85℃，刻蚀30分钟，直到钛基片表面无明显织构痕迹，且呈现均匀的麻灰色表面，将钛基片用去离子水清洗后，再放置于30ml丙酮中超声清洗15分钟，用去离子水清洗后，再放置于超声波清洗仪中用去离子水清洗15分钟，晾干后保存于无水乙醇中，得到预处理钛基片。

3.根据权利要求2所述的一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法，其特征在于在预处理后的钛基片生成针状二氧化钛诱导层，处理过程包含一下步骤：

(1)将预处理后的钛基片置于管式气氛退火炉中，控制氩气：氧气比例为9:1；

(2)控制升温温度为20℃/min，保温温度为400℃～600℃，保温时间为0.5～2h；

(3)随炉冷却到室温后，基体表面得到所需微米级针状二氧化钛诱导层。

4.根据权利要求3所述的一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法，其特征在于在钛基片生成二氧化钛诱导层之后，利用磁控溅射法、CVD、PECVD、热解喷涂、溶胶凝胶、电镀，包括并不仅限于以上方法，沉积一层锑掺杂的二氧化锡薄膜，所述锑掺杂二氧化锡薄膜的锑原子比为2％～12％，薄膜厚度为1um～10um，所述薄膜表面形貌不同于常规方式制备的电极，呈现出均匀的絮状无裂纹密实涂层。

5.根据权利要求4所述的一种高稳定性钛基二氧化锡阳极氧化电极的制备方法，其特征在于对磁控溅射生成的包含针状诱导层的钛基锑掺杂二氧化锡薄膜进行退火处理，处理步骤如下：将包含针状诱导层的钛基锑掺杂二氧化锡薄膜置于马弗炉中，在400℃～600℃条件下退火0.5～1h，在空气中冷却后，得到所需电极。