CN105200451A

CN105200451A - 一种标准尺寸电极的制备方法

Info

Publication number: CN105200451A
Application number: CN201510612620.5A
Authority: CN
Inventors: 赵一新; 单瑞; 张紫辰; 阚淼; 张太阳; 李戈; 岳东亭; 郭男杰
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2035-09-23
Also published as: CN105200451B

Abstract

本发明公开了一种标准尺寸电极的制备方法，其包括如下步骤：在钛片上采用阳极氧化的方法修饰一层二氧化钛纳米管阵列，同时采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化铱颗粒分散液；将经修饰的钛片浸没于所述纳米二氧化铱颗粒分散液中，使所述的经修饰的钛片对纳米二氧化铱颗粒进行吸附；吸附结束后，进行干燥，然后在300～500℃下进行烧结，得到标准尺寸电极。本发明具有如下的有益效果：本工艺中采用纳米二氧化铱颗粒，颗粒小，催化剂利用率高，电极制备过程中的贵金属铱的消耗少，仅为传统工艺的1％，极大地降低了成本；本工艺仅需一次烧结即可成型，与传统工艺地反复加热烧结相比，较大地降低了制备过程能耗，仅为传统工艺的20％。

Description

一种标准尺寸电极的制备方法

技术领域

本发明属于能源化工技术领域，具体涉及一种高催化性能低贵金属消耗的标准尺寸电极的制备方法。

背景技术

二氧化铱-钛标准尺寸电极因其耐腐蚀、性能稳定、使用寿命长等特点被广泛地运用在产氯、产氧、电化学防腐等多方面。但传统的二氧化铱-钛标准尺寸电极采用反复涂刷、烧结的工艺，在电极基底上负载多个贵金属催化剂涂层，贵金属铱的用量高,工艺能耗高，而且二氧化铱颗粒大，催化剂利用效率低。因此开发一种低贵金属用量，低能耗的二氧化铱-钛标准尺寸电极的制备工艺具有较大的现实意义。目前采用溶胶凝胶法制备的二氧化铱纳米颗粒粒径小，催化效率高，然而现有电极难以有效负载该类催化剂，催化剂在使用过程中迅速脱落，限制了其进一步的开发和运用。

发明内容

针对上述技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种低贵金属铱用量高催化效能的二氧化铱-钛的标准尺寸电极，本发明的目的之二在于提供一种低能耗的上述新型的二氧化铱-钛的标准尺寸电极的制备方法。该方法的能耗为传统工艺能耗的20％，其贵金属铱的用量约为传统的1％。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种标准尺寸电极的制备方法，其包括如下步骤：

在钛片上修饰一层二氧化钛纳米管阵列，同时采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化铱颗粒分散液，使用溶胶凝胶法制备的纳米氧化铱颗粒小分散好。

将经修饰的钛片浸没于所述纳米二氧化铱颗粒分散液中，使所述的经修饰的钛片对纳米二氧化铱颗粒进行吸附；

吸附结束后，进行干燥，然后在300～500℃下进行烧结，得到标准尺寸电极。

作为优选方案，所述修饰的方法为阳极氧化的方法或碱的醇溶液浸泡的方法。

作为优选方案，在所述阳极氧化的操作中，用于所述阳极氧化的电解液为氟化铵的无水乙二醇溶液，控制电解电压为5～50V，电解时间为5～60min，所述二氧化钛纳米管的直径为40～200nm。

作为优选方案，在所述氟化铵的无水乙二醇溶液中，氟化铵的质量分数为0.1～0.5％。

作为优选方案，所述纳米二氧化铱颗粒分散液的制备方法为：

将三氯化铱水溶液的pH值调节至11～14后，在70～90℃下搅拌，

冷却至0～4℃，调节pH值至1～3，搅拌后得到的纳米二氧化铱颗粒分散液。

作为优选方案，所述纳米二氧化铱颗粒的粒径为1～10nm。

作为优选方案，所述三氯化铱水溶液的浓度为1～4mol/L。

作为优选方案，所述烧结的操作中，升温速率为5～20℃/min。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本工艺中采用纳米二氧化铱颗粒，颗粒小，催化剂利用率高，电极制备过程中的贵金属铱的消耗少，仅为传统工艺的1％，极大地降低了成本；

2、本工艺仅需一次烧结即可成型，与传统工艺地反复加热烧结相比，较大地降低了制备过程能耗，仅为传统工艺的20％。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1实施例1所得二氧化钛纳米管的SEM图；

图2实施例1所得纳米二氧化铱催化剂的TEM图；

图3实施例1所得二氧化钛纳米管及二氧化铱纳米颗粒的TEM图；

图4对比例1所得传统电极表面的SEM图；

图5实施例1及对比例1所得的电极线性伏安曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种高催化活性低贵金属消耗的二氧化铱-钛标准尺寸电极，其制备方法具体包括如下步骤：

(1)电极材料基底的修饰

取1cm²去油洗净后的0.25mm厚的钛片放入质量分数为0.5％的氟化氨的无水乙二醇溶液中，铂板电极为对电极，在10V电压下阳极氧化20min，而后取出洗净，得到表面具有二氧化钛纳米管修饰的电极材料。

图1为本实施例所得的二氧化钛纳米管的SEM图，可以发现通过上述方法，形成了紧密排列的管径约为100nm的二氧化钛纳米管。

(2)二氧化铱颗粒的制备

取100mL浓度为2mmol/L的三氯化铱溶液，滴加氢氧化钠溶液使溶液pH为13，加热至90℃，并继续加热10min，而后冰水浴降温到0℃，随后加盐酸溶液使溶液pH＝1，并持续搅拌12h，得到深蓝色的纳米二氧化铱催化剂溶液。

图2为本实施例所得的纳米二氧化铱晶体颗粒的TEM图，纳米颗粒粒径约为4nm。

(3)二氧化铱颗粒的负载制备

将修饰有二氧化钛纳米管的钛片电极浸没于1～3ml步骤(2)所得的纳米二氧化铱分散液中，使电极在常温下吸附二氧化铱颗粒。2h后，取出电极。经紫外分光光度计测试，在吸附前后，溶液浓度减少为吸附前的90％，放入马弗炉中加热至400℃，并持续1h，烧结成型。其催化剂负载量为0.6μmol/cm²。

同一份纳米二氧化铱分散液可对多片修饰有纳米二氧化钛纳米管的钛片进行吸附。

图3为本实施例样品实施负载工艺后的TEM图，可以看出本实施例所制备的纳米氧化铱颗粒已经成功负载在二氧化钛纳米管上。

对比例1

一种传统二氧化铱-钛标准尺寸电极的制备方法。其方法具体为：

(1)电极材料基底的修饰

取质量分数为10％的草酸溶液加热至60℃，将除油过的钛片放入草酸溶液中进行表面刻蚀，1h后取出钛片并洗净。

(2)催化剂的负载

将刻蚀后的钛片加热至80℃，并在表面均匀涂抹0.2mol/L的三氯化铱溶液，而后放入马弗炉中加热至400℃，并持续1小时，完成一层催化剂的制备和负载。而后再次在表面均匀涂抹并加热烧结，直至完成10层催化剂的负载，大约消耗2.5ml三氯化铱溶液，总催化剂负载量为0.5mmol/cm²。

图4为对比例1所得的电极表面SEM图。其中黑色颗粒即为二氧化铱颗粒。

图5为对比例1和实施例1所得的电极材料的线性伏安曲线图，显示出由实施例1得到的新型标准尺寸电极具备和由对比例1所得的传统电极相似的电催化性能。若比较贵金属铱的用量，实施例1中的铱元素用量仅为对比例1中的1％。

综上所述，本发明的新型二氧化铱-钛的标准尺寸电极，具有高催化性能、低贵金属消耗等特点，在保持性能的同时降低了电极的制造成本，具有巨大的应用潜力。以上对本发明的具体实施例进行了描述。

需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在钛片上修饰一层二氧化钛纳米管阵列，同时采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化铱颗粒分散液；

2.如权利要求1所述的标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，所述修饰的方法为阳极氧化的方法或碱的醇溶液浸泡的方法。

3.如权利要求2所述的标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，在所述阳极氧化的操作中，用于所述阳极氧化的电解液为氟化铵的无水乙二醇溶液，控制电解电压为5～50V，电解时间为5～60min，所述二氧化钛纳米管的直径为40～200nm。

4.如权利要求3所述的标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，所述氟化铵的无水乙二醇溶液中，氟化铵的质量分数为0.1～0.5％。

5.如权利要求1所述的标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化铱颗粒分散液的制备方法为：

将三氯化铱水溶液的pH值调节至11～14后，在70～90℃下搅拌，

6.如权利要求5所述的标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化铱颗粒的粒径为1～10nm。

7.如权利要求5所述的标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，所述三氯化铱水溶液的浓度为1～4mol/L。

8.如权利要求1所述的标准尺寸电极的制备方法，其特征在于，所述烧结的操作中，升温速率为5～20℃/min。