CN111485223B - 一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用 - Google Patents

一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法与应用，所述的硼掺杂金刚石电极包括衬底、电极工作层；所述电极工作层包裹在衬底表面，所述衬底为高比表面积多晶硅或单晶硅；所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀得到；所述高比表面积单晶硅是对单晶硅表面进行各向异性刻蚀得到。所述硼掺杂金刚石层包括不同含硼量的硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层，相对于传统的平板电极来说，本发明的硅基硼掺杂金刚石电极具有成本低、具有极高的比表面积，用较低的电流密度提供较大的电流强度，具有广阔的应用前景。

Description

一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明公开了一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用，属于表面刻蚀改性与气相沉积技术领域。
背景技术
硼掺杂金刚石薄膜电极(BDD)具有很高的机械强度，化学惰性和优异的电化学性能，如在水溶液中具有很宽的电位窗口、较高的析氧过电位和较低的背景电流，在相同的电流密度下能高效率地产生羟基自由基，从而使有机物能快速被去除，表面具有抗中毒抗污染能力，可以在强腐蚀介质中长期稳定的工作。即使在高电化学负荷，经过电流密度在2～10A cm2上千小时的电化学反应，也没有明显被侵蚀的迹象。金刚石薄膜具有硬度和强度方面的高优质性能，可以耐受超声空化效应对电极表面的强波冲击，在高强度环境中显示了较长的使用寿命。随着化学气相沉积CVD人工合成多晶金刚石薄膜涂层技术以及硼掺杂P型半导体研究的不断发展，使得CVD金刚石薄膜的电阻率降为0.01～100cm，是一种导电良好的电极材料。研究表明该电极在电氧化削减有机污染物方面和高灵敏度有机物的分析和探测方面将显示广阔的应用前景。
然而，BDD电极降解有机废水技术仍未被市场广泛接受，其根本原因在于(一)现有BDD的衬底多为单晶硅，单晶硅难以大体积制造，随着单晶硅体积增大，制造成本急剧升高，使得现有BDD电极成本高，性价比低，难以完全满足市场对经济高效的要求；(二)现有的BDD平面电极面积小、表面粗糙度低，比表面积不高，使得电极具有活性面积小、强氧化性基团-羟基自由基的时空产率低、传质速率慢等缺点，制约了BDD电极的电催化性能；(三)相比单晶硅，金属Ti衬底与BDD电极的热膨胀匹配较差，易脱落，使得大面积电极制备困难。
相比单晶硅，多晶硅衬底价格低廉，较易实现大面积工业化规模制造，但多晶硅衬底导电性较差，使得BDD电极电流效率低、降解能耗偏高。因此，多晶硅应用于BDD电极，存在诸多不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种工艺简单，成本低廉，适合大面积制备的超高比表面积硼掺杂金刚石电极及制备方法和应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述的硼掺杂金刚石电极包括衬底、电极工作层；所述电极工作层包裹在衬底表面，所述衬底为高比表面积多晶硅或单晶硅；所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀得到；所述高比表面积单晶硅是对单晶硅表面进行各向异性刻蚀得到。
在本发明中，通过对多晶硅衬底进行表面刻蚀，获得高比表面积的电极，大幅度提高电极表面粗糙度。
其中，对多晶硅表面进行各向异性刻蚀后，多晶硅表面宏观形貌为阶梯状、沟壑状、点状、柱状中的一种；对单晶硅表面进行各向异性刻蚀后，单晶硅表面为阶梯状、沟壑状、点状中的一种。对多晶硅表面进行各向同性刻蚀后，多晶硅表面含有凹坑和/或微孔刻蚀痕；对多晶硅表面进行各向异性刻蚀和各向同性刻蚀后，在多晶硅表面形成由各向异性刻蚀构成的多晶硅表面宏观形貌上同时含有大量微孔的双级高比表面结构。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，优选的，所述衬底为高比表面积多晶硅。多晶硅相对于单晶硅来说具有巨大的成本优势，通过本发明刻蚀处理的多晶硅比表面积大幅提高。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，优选的，所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向同性刻蚀得到。
发明人发现，对多晶硅表面进行各向同性刻蚀获得的高比表面积多晶硅作为衬底所制备的BDD电极电化学性能最佳，电极可逆性良好。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，优选的，所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向异性刻蚀和各向同性刻蚀得到。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述衬底形状包括圆柱状、圆筒状和平板状；所述衬底结构包括三维连续网络结构、二维连续网状结构和二维封闭平板结构；
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石层包括不同含硼量的硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层，所述硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层依次沉积在衬底表面。优选为依次通过化学化学气相沉积方法均匀沉积在衬底表面。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石高导电层中，按原子比计，B/C为20000-33333ppm。
在衬底表面首先沉积高硼含量的硼掺杂金刚石导电层，通过高的硼掺杂量，获得近似金属态的高导电特性。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石耐腐蚀层中，按原子比计，B/C为0-10000ppm。优选为3333-10000ppm。作为中间层的硼掺杂金刚石耐腐蚀层，通过少量硼的掺杂，保留金刚石的高纯度，而由于金刚石纯度高，金刚石晶粒致密均匀，缺陷少，电化学降解过程腐蚀性物质无法通过耐腐蚀层腐蚀硅衬底，可大幅提高BDD的耐腐蚀，增加寿命。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石强电催化活性层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm。在硼掺杂金刚石耐腐蚀层表面沉积的为作为顶层的硼掺杂金刚石强电催化活性层，增大硼的掺杂量，由于硼的掺杂量增大，使得硼掺杂金刚石强电催化活性层的缺陷增多，对羟基自由基的利用率增加等原因，因此硼掺杂金刚石强电催化活性层具有电势窗口宽、析氧电位高、背景电流低的性质，其析氧电位大于等于2.3V，电势窗口大于等于3.0V。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石层的厚度为5μm-2mm，所述硼掺杂金刚石强电催化活性层占硼掺杂金刚石层厚度的40-60％。本发明中，保证硼掺杂金刚石强电催化活性层的厚度，可以使得电极材料具有优异的电催化活化，提高降解废水的效率。
本发明一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，衬底的预处理
对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀，得到高比表面积多晶硅；对单晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀，得到高比表面积单晶硅。
步骤二、衬底表面种植籽晶处理
将步骤一所得高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅；置于含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中；超声处理，烘干；获得表面吸附纳米晶和/或微米晶金刚石的高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅；
步骤三，硼掺杂金刚石层的沉积
将步骤二中所得高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅置于化学气相沉积炉中，通入含碳气体，含硼气体；依次进行三段沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制第一段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.03％-0.05％；控制第二段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0％-0.015％；控制第三段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.015％-0.03％；
步骤四、高温处理
将己沉积硼掺杂金刚石层的高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅进行热处理，所述热处理温度为400-1200℃，处理时间为5-110min；炉内压强为10Pa-105Pa,热处理环境为含刻蚀性气氛环境。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向异性刻蚀液中，于20-90℃，浸泡10-180min；清洗、烘干。
作为优选，所述各向异性刻蚀液为：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化纳和次氯酸钠的混合溶液、四甲基氢氧化铵溶液(TMAH)、四甲基氢氧化铵与异丙醇的混合溶液(TMAH+IPA)、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚的混合溶液(TMAH+Tritonx-100)、四甲基氢氧化铵与过硫酸铵的混合溶液(TMAH+APS)、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚及异丙醇的混合溶液(TMAH+Tritonx-100+IPA)、乙二胺与邻苯二酚及水的混合溶液(EPW)、乙二胺磷苯二酚(EDP)中的一种。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向同性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向同性刻蚀液中，于0-90℃，浸泡10s-130min；清洗、烘干。
作为优选，所述各向同性刻蚀液为氢氟酸与硝酸的混合溶液、氢氟酸与硝酸及醋酸的混合溶液、氢氟酸与醋酸的混合溶液中的一种。
作为进一步优选，所述各向同性刻蚀液为氢氟酸与硝酸的混合溶液，所述混合溶液中，按体积比计；氢氟酸：硝酸＝1-6:1；优选为2-4:1。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，步骤二中，所述含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中，金刚石混合颗粒质量分数为0.01％～0.05％。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，步骤二中，所述超声处理时间为5～30min。超声完成后，将衬底取出，使用去离子水和/或无水乙醇冲洗干净后，再烘干。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，所述含碳气体在三段沉积过程中均占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％，优选为1-5％。
在本发明中，对于硼源可选用固体、气体、液体硼源中的一种，当选用固体、液体硼源时先进行气化处理。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，所述含碳气体为CH4；所述含硼气体为B2H6，。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，步骤三中；第一段沉积的温度为600-1000℃，气压为103-104Pa，时间为≤18h；第二段沉积的温度为600-1000℃，气压为103-104Pa，时间为≤18h；第三段沉积的温度为600-1000℃，气压为103-104Pa；时间为≤18h。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，步骤三中；第一段沉积时，通入气体流速比为氢气：含碳气体：含硼气体＝97sccm:3sccm:0.6-1.0sccm；第二段沉积时，通入气体流速比为氢气：含碳气体：含硼气体＝97sccm:3sccm:0.2-0.5sccm；第三段沉积时，通入气体流速比为氢气：含碳气体：含硼气体＝97sccm:3sccm:0.3-0.6ccm。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，步骤四中，热处理温度为600-800℃，处理时间为10-30min。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的应用，将所述硼掺杂金刚石电极用于电化学氧化处理废水及各类日常用水的灭菌消毒和去除有机污染物，或臭氧发生器，或电化学生物传感器。
本发明一种高比表面积硼掺杂金刚石电极的应用，将所述硼掺杂金刚石电极用于电化学合成或电化学检测。
有益效果
本发明选用成本低廉的多晶硅为衬底，利用多晶硅衬底晶粒的各向异性的特点，选用取向敏感的试剂刻蚀出具有“大凹坑+微小凹坑”双极高比表面积结构；选用性能优良的多晶硅为衬底，选用取向敏感的试剂刻蚀出具有“绒面”的高比表面积结构。然后通过调控掺硼浓度，来制备具有多层结构的BDD薄膜，使其兼具耐腐蚀、高导电、高活性的特点；最后，再采用热催化刻蚀技术在山峦起伏的掺硼金刚石膜表面催化刻蚀出均匀分布的孔洞和尖锥，进一步增大掺硼金刚石膜的比表面积，从而获得具有“大凹坑+微小凹坑+孔洞/尖锥”三极多孔结构的超高比表面积硼掺杂金刚石电极。
本发明利用硼掺杂提高BDD薄膜中的空穴浓度，形成R型金刚石薄膜，通过调控掺杂工艺参数及硼浓度，抑制sp2石墨相含量，获得金刚石晶粒完整，尺寸较大，电流效率较高，能耗较低，耐腐蚀性好，降解效果好的金刚石薄膜，。
同时，通过表面刻蚀，获得高比表面积的电极，大幅度提高电极表面粗糙度，不仅增大了污水与电极的接触面积，也增加了电催化过程中电极表面的活性反应位点，产生更多的强氧化性的羟基自由基，攻击有机化合物的分子，使其破坏、降解，大幅度提高BDD电极降解废水的效率，降低能耗以及运行成本。
本发明相比其他技术的优势：
针对传统平板二维电极活性面积小、单位槽体处理量小、电流效率低、能耗高、性价比低等问题，本发明从多角度来提高BDD的活性面积，与此同时降低BDD电极的制造与运行成本，具体如下：
(1)本发明选用多晶硅作电极衬底。相比单晶硅衬底，生产工艺简单、成本低廉、可提供的衬底面积大，适合大面积制备，能满足工业规模制造要求；
(2)由于多晶硅由取向不同晶粒组成，可以有效利用晶体的各向异性，选用取向敏感的碱性腐蚀试剂刻蚀其表面，构造高低起伏较大的山峦起伏表面粗糙形貌，再通过取向不敏感的酸性腐蚀试剂在山峦起伏表面制造出微小凹坑，形成具有“大凹坑+微小凹坑”双极高比表面结构。然后利用CVD技术的衬底表面复制效应，在已有多晶硅衬底表面沉积具有“大凹坑+微小凹坑”复合表面形貌的金刚石膜，进而获得高比表面积的硼掺杂电极。
(3)刻蚀后粗糙的多晶硅衬底不仅增大了金刚石膜的比表面积，而且膜与衬底之间由于机械咬合作用更有利于改善衬底/金刚石膜间的结合力。
(4)在此基础上，再采用热催化刻蚀技术在山峦起伏的掺硼金刚石膜表面催化刻蚀出均匀分布的孔洞和尖锥，进一步增大掺硼金刚石膜的比表面积，从而获得具有“大凹坑+微小凹坑+孔洞/尖锥”三极多孔结构的超高比表面积硼掺杂金刚石电极。
(5)这种超高的比表面积不仅使电极表面强氧化性的羟基自由基的时空产率大幅增加，大大加快了传质，而且使电极具有很高的表观电流密度，可较大幅提高BDD电极的空间利用率和降解效率。
(6)此外，通过调控掺硼工艺参数，在多晶硅衬底表面先沉积一层高掺硼量的BDD膜，获得近似于金属态的重掺杂掺硼金刚石层，极大地提高硅衬底BDD电极的导电性和电流效率，大幅降低降解能耗高；接着，再通过调控掺硼工艺参数，在高导电掺硼金刚石层表面沉积长寿命、耐腐蚀的高品质金刚石层，该金刚石层可以大幅提升该电极的适用环境和使用寿命，可在任意强酸、强碱、高盐环境下长时间运行；最后，再通过调控掺硼工艺参数，在耐腐蚀掺硼金刚石层表面沉积电势窗口宽、析氧电位高、背景电流低的强电催化活性掺硼金刚石层，该金刚石层可以大幅提升该电极的电催化活性和降解效率。
因此，本发明的BDD电极制造成本低、性价比高，不仅具有导电性好、电流效率高、降解能耗低、电催化活性面积大、强氧化性基团(羟基自由基)的时空产率高、传质速率快等优点，而且掺硼金刚石与多晶硅热膨胀匹配好，在强酸强碱等苛刻环境下使用寿命长，大面积制备成本低，有效提升了BDD的性价比。本发明经济环保、操作简单，能耗低、降解效率高、占地面积小，能在大规模工程中推广使用，可以满足市场对经济高效的要求，具有良好的应用前景。
附图说明
图1实施例1中的多晶硅衬底经各向异性刻蚀后的形貌。
图2实施例2中的多晶硅衬底经各向同性刻蚀后的形貌。
图3实施例3中的多晶硅衬底经先经异性刻蚀再经各向同性刻蚀后的形貌。
图4实施例3中的臭氧发生器的结构。图中，1、外壳，2、压盖，3、电极座，4、电极组件。
具体实施方式
实施例1
先对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀，以10M的KOH溶液作为各向异性刻蚀液，将多晶硅衬底材料置于各向异性刻蚀液中于80℃浸泡60min完成刻蚀，然后清洗、烘干，获得阶梯型高比表面积的多晶硅，其形状如图1。
将刻蚀后的多晶硅置于纳米晶和微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中，超声震荡30min，得到表面附有金刚石晶粒的多晶硅衬底。
将衬底置入化学气相沉积炉中，保持热丝与基体表面距离为9mm，升温过程中调节氢气气体流量保持97sccm，往炉内通入甲烷和硼烷，开始沉积。沉积温度为850℃，沉积压强为kPa，沉积气氛为B2H4、CH4、H2混合气氛。沉积高导电层时，气体比例为B2H6:CH4:H2＝1.0sccm:3.0sccm:97sccm，沉积时间3h；沉积耐腐蚀层时，气体比例为B2H6:CH4:H2＝0.2sccm:3.0sccm:97sccm，沉积时间3h；沉积强电催化活性层时，气体比例为B2H6:CH4:H2＝0.6sccm:3.0sccm:97sccm，沉积时间6h。
将得到的电极材料放入管式炉中，在空气中进行热处理，设置温度为750℃，保温20min。高温氧化后电极表面出现部分尖锥状。
将电极组装完成，使用三电极系统测试其性能，结果如表1所示：
表1 实施例1所得BDD电极的电化学性能
析氧电位/V 1.82
析氢电位/V -0.60
电势窗口/V 2.42
背景电流/μA/cm<sup>2</sup> 83.42
由以上数据可知，采用各向异性刻蚀法刻蚀多晶硅衬底，具有优良的电化学性能，电极可逆性良好。
实施例2
实施例2与实施例1中其他条件均相同，仅是采用各向同性刻蚀法刻蚀多晶硅衬底。先对多晶硅衬底材料表面进行各向同性刻蚀，以分析纯的HF和HNO3混合溶液作为各向同性刻蚀液，混合体积比为HF:HNO3＝3:1。将多晶硅衬底材料置于各向同性刻蚀液中于常温浸泡2min完成刻蚀，然后清洗、烘干，获得凹坑微孔复合型高比表面积的多晶硅，其形状如图2。
后续制备流程与实施例1相同，电极性能表2所示：：
表2 实施例2所得BDD电极的电化学性能
析氧电位/V 2.37
析氢电位/V -0.55
电势窗口/V 2.92
背景电流/μA/cm<sup>2</sup> 39.71
由以上数据可知，采用各向同性刻蚀法刻蚀多晶硅衬底，具有优良的电化学性能，电极可逆性良好。使用该电极降解活性蓝19染料3h后，色度移除率达到100％，TOC移除率为55％，能耗为36kW·h。
另外，在该实施例中，还考察了HF和HNO3按不同比例(1:1、2:1、6:1)进行混合所得混合溶液对多晶硅衬底材料进行同性刻蚀的影响，刻蚀是境均为2min，进行微观结构表征发现：
所有混合比例刻蚀液制备的薄膜表面都完全覆盖金刚石，且石墨相很少，金刚石生长情况良好。刻蚀液混合比例1:1的薄膜金刚石晶粒尺寸不均匀、凹坑较少，刻蚀液混合比例6:1的薄膜凹坑减少、有许多直径较小的深孔，混合比例为3:1的刻蚀液制备的BDD薄膜比表面积最大。
将电极组装完成，使用三电极系统测试其性能，如表3所示
表3 不同刻蚀比例下BDD薄膜电极的析氧电位、析氢电位、电势窗口和背景电流
Figure GDA0003353488080000091
从表3可知，四种混合比例刻蚀液制备的BDD电极都具有优良的电化学性能，其中刻蚀液混合比例为3:1的电极析氧电位最高、电势窗口最宽，综合来说具有最优良的电化学性能。
实施例3
实施例3先采用各向异性刻蚀法刻蚀出阶梯型多晶硅衬底，随后使用各向同性刻蚀法，其刻蚀液刻蚀参数与实施例1,2相同。其形貌如图3。
随后制备BDD电极，制备方法与实施例1相同。电极性能如表4所示：
表4 实施例3所得BDD电极的电化学性能
析氧电位/V 2.52
析氢电位/V -0.63
电势窗口/V 3.15
背景电流/μA/cm<sup>2</sup> 12.62
由以上数据可知，采用各向异性刻蚀法结合各向同性刻蚀法刻蚀多晶硅衬底，具有优良的电化学性能，电极可逆性良好。
将实施例3中所制备的BDD电极应用于臭氧发生器中，臭氧发生器的结构如图4所示，包括外壳1，压盖2，电极座3，电极组件4。
以该实施例3中所制备的BDD电极作为阳极；钛网作为阴极；与全氟离子膜构成电极组件，安装到臭氧发生器(图4)中，施加于恒流电源试运行，并测试这种该臭氧发生器产气性能，结果显示臭氧产率平均为967mg/h。
对比例1
对比例1与实施例1中其他条件均相同，仅是未进行第一段沉积。电极性能如下表5所示：
表5 对比例1所得BDD电极的电化学性能
析氧电位/V 1.79
析氢电位/V -0.58
电势窗口/V 2.37
背景电流/μA/cm<sup>2</sup> 292.71
可以看出电极性能明显不如实施例1。该电极电阻大，在实际降解废水过程中，能耗会大幅增加。

Claims (9)

1.一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，其特征在于：所述硼掺杂金刚石电极包括衬底、电极工作层；所述电极工作层包裹在衬底表面，所述衬底为高比表面积多晶硅或单晶硅；所述电极工作层为硼掺杂金刚石层；所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀得到；所述高比表面积单晶硅是对单晶硅表面进行各向异性刻蚀得到；
所述硼掺杂金刚石层包括不同含硼量的硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层，所述硼掺杂金刚石高导电层、硼掺杂金刚石耐腐蚀层、硼掺杂金刚石强电催化活性层依次沉积在衬底表面。
2.根据权利要求1所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，其特征在于：所述衬底为高比表面积多晶硅；所述高比表面积多晶硅是对多晶硅表面进行各向同性刻蚀得到；
所述衬底形状包括圆柱状、圆筒状和平板状；
所述衬底结构包括三维连续网络结构、二维连续网状结构和二维封闭平板结构。
3.根据权利要求1所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，其特征在于：所述硼掺杂金刚石高导电层中，按原子比计，B/C为20000-33333ppm；所述硼掺杂金刚石耐腐蚀层中，按原子比计，B/C为0-10000ppm；所述硼掺杂金刚石强电催化活性层中，按原子比计，B/C为10000-20000ppm。
4.根据权利要求1或3所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极，其特征在于：所述硼掺杂金刚石层的厚度为5μm-2mm，所述硼掺杂金刚石强电催化活性层占硼掺杂金刚石层厚度的40-60％；所述硼掺杂金刚石层表面分布有微孔和/或尖锥。
5.制备如权利要求1-4任意一项所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，衬底的预处理
对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀或/和各向同性刻蚀，得到高比表面积多晶硅；对单晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀，得到高比表面积单晶硅；
步骤二、衬底表面种植籽晶处理
将步骤一所得高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅；置于含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中；超声处理，烘干；获得表面吸附纳米晶和/或微米晶金刚石的高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅；
步骤三，硼掺杂金刚石层的沉积
将步骤二中所得高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅置于化学气相沉积炉中，通入含碳气体，含硼气体；依次进行三段沉积，获得硼掺杂金刚石层，控制第一段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.03％-0.05％；控制第二段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0％-0.015％；控制第三段沉积过程中，含硼气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.015％-0.03％；
步骤四、高温处理
将己沉积硼掺杂金刚石层的高比表面积多晶硅或高比表面积单晶硅进行热处理，所述热处理温度为400-1200℃，处理时间为5-110min；炉内压强为10Pa-105Pa，热处理环境为含刻蚀性气氛环境。
6.根据权利要求5所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，其特征在于：步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向异性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向异性刻蚀液中，于20-90℃，浸泡10-180min；清洗、烘干；所述各向异性刻蚀液为：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钠和次氯酸钠的混合溶液、四甲基氢氧化铵溶液、四甲基氢氧化铵与异丙醇的混合溶液、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚的混合溶液、四甲基氢氧化铵与过硫酸铵的混合溶液、四甲基氢氧化铵与聚乙二醇辛基苯基醚及异丙醇的混合溶液、乙二胺与邻苯二酚及水的混合溶液、乙二胺磷苯二酚中的一种。
7.根据权利要求5所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，其特征在于：步骤一中，对多晶硅衬底材料表面进行各向同性刻蚀的具体过程为：将多晶硅衬底材料置于各向同性刻蚀液中，于0-90℃，浸泡10s-130min；清洗、烘干；所述各向同性刻蚀液为氢氟酸与硝酸的混合溶液、氢氟酸与硝酸及醋酸的混合溶液、氢氟酸与醋酸的混合溶液中的一种。
8.根据权利要求5所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述含纳米晶和/或微米晶金刚石混合颗粒的悬浊液中，金刚石混合颗粒质量分数为0.01％～0.05％；步骤二中，所述超声处理时间为5～30min；
步骤三中，所述含碳气体在三段沉积过程中均占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；步骤三中，第一段沉积的温度为600-1000℃，气压为103-104Pa，时间≤18h；第二段沉积的温度为600-1000℃，气压为103-104Pa，时间为≤18h；第三段沉积的温度为600-1000℃，气压为103-104Pa；时间为≤18h。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的一种超高比表面积硼掺杂金刚石电极的应用，其特征在于：将所述硼掺杂金刚石电极用于电化学氧化处理废水及各类日常用水的灭菌消毒和去除有机污染物，或臭氧发生器，或电化学生物传感器。
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