CN112553657A - 一种电极及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电极及其制备方法和用途。该电极包括基体和催化层；催化层位于基体的上表面和/或下表面，并且催化层包括多层化学组分不同的催化层单元；催化层中远离基体方向的最外一层催化层单元为含有第一金属元素的氧化物层；除最外一层催化层单元之外的其它层催化层单元为含有第一金属元素和第二金属元素的氧化物复合层；每层催化层单元中第一金属元素占该层催化层单元中金属元素总量的摩尔百分比沿着远离基体的方向逐层增加。该电极可作为电解冶金的不溶性阳极，在应用于电解液含有高浓度氟离子的电解冶金过程时，具有较长工作寿命，同时降低槽电压起到节能的作用，并且不会发生如铅阳极一样的环境污染以及影响产品纯度等问题。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于电化学领域，具体地，涉及但不限于一种电极及其制备方法和用途。
背景技术
电解冶金是电化学工业的重要组成部分，主要用于金属从其溶液中的电解提取和提纯，其中电解金属锌、金属锰等金属电解提取过程，通常使用含有一定氟离子浓度的水溶液作为电解液。这一电解冶金过程需要不溶性阳极形成稳定回路和持续的电解电流，目前主要使用的铅基合金电极具有重量大、污染重、能耗高等特点，随环保标准日益提升，亟需寻找环境友好的替代品。
析氧钛电极作为一种环境友好的不溶性阳极，已经广泛应用于电化学工业中，主要应用集中于电化学水处理，金属元素的提取以及电镀等精加工过程。析氧钛电极主要由纯金属钛或钛合金基材以及其表面的贵金属氧化物催化剂层组成，基材提供导电和机械支撑，催化剂层则通过自身的氧化还原过程可大幅降低水溶液中的氧析出电位以起到节能的效果，同时依靠其极低的电化学消耗速率使阳极具有较长的使用寿命。析氧催化剂主要为铱的氧化物，使用钽或钛的氧化物与之混合使涂层更致密以保护基材不至于过快发生钝化；有时也使用钛或钽或二者的合金或氧化物作为中间层插入催化剂层和基材之间以保护基材。
目前，析氧钛电极最广泛使用的催化剂层为铱钽复合氧化物。这种涂层在较纯净的酸性电解液中通常具有较长的使用寿命。这种电极的氧析出过电位显著低于电解冶金常用的铅合金电极(低0.3V左右)，因而具有更节能的特点。此外，其重量轻，操作方便，也不会产生有害物质污染环境和影响产品纯度。然而，金属电解提取所用的水性电解液通常来源于矿物浸出而含有一定量的氟离子，而氟离子对钛电极具有致命的腐蚀作用。申请号为US5407556的美国专利记载了，当电解液中含有5毫克每升浓度的氟离子时，析氧钛电极的使用寿命将锐减为不含氟离子条件下的12％左右。电解金属锌、电解金属锰等金属电解提取过程所用的电解液中氟离子含量通常高达20毫克/升～200毫克/升(甚至高于200毫克/升)。针对此类应用环境，如要替代现有的铅电极，需要有耐氟离子腐蚀的涂层钛电极。
对于现有的抗氟离子腐蚀的析氧钛电极，氟离子对阀型金属基材的钝化是导致此类电解用涂层钛阳极在含氟离子水溶液中电解寿命下降的主要原因。针对电解冶金高氟离子浓度环境，此类电极无法满足长寿命应用要求。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
为了克服现有技术的不足，本申请的发明人通过多年悉心研究，针对阀型金属基涂层电极应用于含高氟离子浓度水溶液中的电解金属提取过程，对电极的抗氟离子腐蚀性能进行改进。
本申请提供了一种电极。该电极包括基体和催化层；催化层位于基体的上表面和/或下表面，并且催化层包括多层化学组分不同的催化层单元；其中，催化层中远离基体方向的最外一层催化层单元为含有第一金属元素的氧化物层；除最外一层催化层单元之外的其它层催化层单元为含有第一金属元素和第二金属元素的氧化物复合层；第一金属元素选自铱、铂、铑、钯和钌中的一种或多种，第二金属元素选自钛、钽、铌、钨和锆中的一种或多种；并且，每层催化层单元中第一金属元素占该层催化层单元中金属元素总量的摩尔百分比沿着远离基体的方向逐层增加，最外一层催化层单元中第一金属元素占最外一层催化层单元中金属元素总量的摩尔百分比为95％～100％。
在一些实施方式中，在催化层中靠近基体方向的最内一层催化层单元中，第一金属元素的摩尔含量可以大于第二金属元素的摩尔含量。
在一些实施方式中，在最内一层催化层单元中，第一金属元素占最内一层催化层单元中金属元素总量的摩尔百分比可以为65％～95％，还可以为80％。
一些实施方式中，最外一层催化层单元可以为含有第一金属元素和第二金属元素的氧化物复合层。
一些实施方式中，每一层催化层单元中的第一金属元素的负载量可以为大于3g/m2，还可以为6g/m2～50g/m2。
一些实施方式中，第一金属元素可以为铱，第二金属元素可以为钽。
一些实施方式中，催化层可以为两层催化层单元。
一些实施方式中，基体可以为阀型金属或阀型金属的合金；阀型金属可以选自钛、钽、铌、锆、铪、钒、钼和钨中的一种；基体可以为钛或钛合金。
一些实施方式中，电极可以包括位于基体和催化层之间的中间防护层。
一些实施方式中，中间防护层可以选自如下组中的金属或合金或其氧化物：钽、钛、钨、锡、锑、铌、锆或其组合。
本申请还提供了一种制备如上所述的电极的方法，其中催化层通过涂覆含有对应元素的前驱体溶液，干燥后经烧结形成。
本申请还提供了一种如上所述的电极的应用。该电极可以作为电解冶金的不溶性阳极。
一些实施方式中，电解冶金可以包括硫酸盐电解液体系下的电解锌和电解锰。
一些实施方式中，电解冶金的电解液中可以含有浓度不低于20mg/L并且不高于500mg/L浓度的氟离子。
与现有技术相比，本申请具有的有益效果在于：
(1)通过将催化层设置成包括由内向外层叠设置的多层催化层单元，并设置第一金属元素的摩尔含量向外逐渐增加，使得内侧的催化层单元具有更高含量的第二金属元素氧化物，致密性较好，可起到屏蔽氟离子、从而保护基体的作用；
(2)外侧的催化层单元具有更低含量的第二金属元素氧化物，这样有利于减缓第一金属元素的消耗且具有良好的电催化效果，能够有效保护内侧的催化层单元，使其不会过早参与析氧反应而导致被氟离子所腐蚀；
(3)本申请的电极作为不溶性阳极应用于电解液含有高浓度氟离子的电解冶金过程中，能够在具有较长工作寿命的同时，降低槽电压起到节能的作用，此外也不会发生如铅阳极一样的环境污染以及影响产品纯度等问题。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例的电极结构示意图；
图2为本申请实施例制备得到的电极的X射线光电子能谱图；
图3为本申请对比例制备得到的电极的X射线光电子能谱图。
图中：1.基体；2.催化层；3.中间防护层；21.第二催化层单元；22.第一催化层单元。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例提供了一种电极，例如，如图1所示，该电极包括从下往上依次层叠设置的基体1、中间防护层3、第一催化层单元22和第二催化层单元21，其中第一催化层单元22和第二催化层单元21构成了催化层2。
还可以在基体1的两侧均对称的设置中间防护层3和催化层2；或者，也可以在基体1的一侧设置中间防护层3和催化层2，在基体1的另一侧仅设置催化层2；或者，也可以在基体1的两侧均不设置中间防护层3。中间防护层3可以为钽、钛、钨、锡、锑、铌和锆中的一种或多种金属的氧化物层或金属与合金层，中间防护层3可以减缓形成绝缘氧化物层的趋势，避免析氧电阻增加。
催化层2可以包括多层催化层单元，例如，可以设置为两层催化层单元，即第一催化层单元22和第二催化层单元21，外侧的第二催化层单元21在发挥低析氧电位优势的同时，具有较低的氟离子腐蚀速率，能够延长涂层的寿命，内侧的第一催化层单元22则具有更好的致密性，可防止电解液和其中的氟离子接触钛基体，从而延缓电极的钝化。催化层2也可以设置为三层催化层单元、四层催化层单元或者更多层催化层单元。基体两侧的催化层2的单元数可以相同，也可以不同。
每一催化层单元中第一金属元素的单位负载量可以为10g/m2～50g/m2。因为过低的负载量将不利于保证电极的寿命，而过高的负载量将导致电极成本过高。
第一金属元素可以为铱，第二金属元素可以为钽。因为铱的氧化物相对于其他金属氧化物具有低析氧电位和长寿命的特征，而钽的氧化物与其结合将进一步提高催化剂层的致密性，防止电解液及其中的有害离子(如氟离子等)接触钛基体。
基体1的材质可以为钛，中间防护层3的材料可以为钛钽的氧化物或其合金，第一催化层单元22的材质可以为铱钽氧化物；第二催化层单元21的材料可以为铱氧化物，可也以为铱钽氧化物；第一催化层单元22铱的摩尔含量可以占铱钽总摩尔含量的65％～95％、钽的摩尔含量可以占铱钽总摩尔含量的5％～35％；第二催化层单元21中铱的摩尔含量可以占铱钽总摩尔含量的95％～100％，钽的摩尔含量可以占铱钽总摩尔含量的0～5％。可以保证外侧的第二催化层单元21具有低的贵金属消耗速率，而内侧的第一催化层单元22具有对钛基材的良好保护效果。
位于内侧的催化层单元的第二金属元素的摩尔比例大于外层第二金属元素的摩尔比例，可以提高内层的致密性，从而有利于进一步提高催化层单元的整体致密性，从而提高氟离子的屏蔽效果。
实施例1
1)制备基体
将50×50mm2的一级钛片表面经氧化处理后，在3wt％的草酸水溶液中于90℃浸泡15h，获得粗糙度Ra为4μm～7μm的粗糙表面，用去离子水清洗，烘干，获得适宜于涂覆催化剂层的金属钛质基体1。
2)制备中间防护层
将0.2mol/L钛酸四正丁酯和0.05mol/L乙醇钽溶于正丁醇，随后加入50ml浓度为37％盐酸进行酸化，配成得到中间防护层前驱体溶液；将配置的中间防护层前驱体溶液涂覆于步骤1)制备得到的基体1的一侧表面，金属元素钛和钽的总负载量为1g/m2，随后晾干，并在500℃、空气气氛中烧结；再重复上述涂覆、晾干、烧结工序1次，共涂覆二次；上述二次涂覆得到中间防护层3，从而获得钛、钽元素摩尔比为4∶1的钛钽氧化物中间防护层3。
3)制备第一催化层单元
第一催化层单元22所含金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为65∶35；施加方式为：将0.035mol钽的乙醇盐溶于200ml正丁醇溶液中，用50ml浓度为37％的盐酸酸化；之后将0.065mol氯铱酸晶体溶200ml正丁醇中，用50ml浓度为37％的盐酸酸化；将上述两种盐溶液按1∶1的体积比混合获得铱和钽的元素摩尔比为65∶35的第一催化层单元前驱体溶液；将第一催化层单元前驱体溶液涂覆于步骤2)制备得到的中间防护层3表面，涂覆量按金属元素铱的重量计含铱为1g/m2，随后烘干，并在500℃、空气气氛中烧结；再重复上述涂覆、烘干、烧结工序9次，共涂覆十层；上述十次涂覆得到第一催化层单元22，从而获得铱、钽元素摩尔比为65∶35的铱钽氧化物第一催化层单元22。
4)制备第二催化层单元
第二催化层单元21所含金属元素为铱；施加方式为：将0.065mol氯铱酸晶体溶于200ml正丁醇中，用50ml浓度为37％的盐酸酸化，制备得到第二催化层单元前驱体溶液；将第二催化层单元前驱体溶液涂覆在第一催化层单元22表面，涂覆量按金属元素铱的重量计含铱为1g/m2，随后烘干，并在450℃、空气气氛中烧结；再重复上述涂覆、烘干、烧结工序4次，共涂覆五次，上述五次涂覆得到第二催化层单元21。
从而制备得到所需电极。
性能测试
a)将上述制备得到的电极表面进行X射线光电子能谱表征，如图2所示，可以看出，没有钽的峰存在。
b)将上述制备得到的电极切出三个规格为25×25mm2的样品，在电解锌系统中进行电解冶金：电解液含有150g/L硫酸、60g/L锌离子、7g/L二价锰离子、20mg/L工业牛骨胶和0.221g/L氟化钠(转化为氟离子浓度为100mg/L)，测试温度为43℃，电流密度为500A/m2，设定槽电压升高0.5V判定电极失效(基于电解冶金对槽电压的敏感性)。
三个样品至失效的平均累计过电量为12.3MAh/m2，至失效时含贵金属的催化层(包括第一催化层单元和第二催化层单元)的铱元素残余量总计为7g/m2，即铱元素的消耗速率为0.65g/MAh/m2。
实施例2
电极的制备：步骤2)，中间防护层采用磁控溅射法制作钛钽摩尔比4∶1的钛钽氧化物层；除上所述之外，其余各步骤与实施例1的对应步骤相同。
性能测试：与实施例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为12.7MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为7.5g/m2，即铱元素的消耗速率为0.59g/MAh/m2。
实施例3
电极的制备：步骤1)，在30wt％的硫酸水溶液中于85℃浸泡1.5小时，获得粗糙度Ra为4μm～7μm的粗糙表面；步骤2)，施加钽氧化物中间防护层，钽元素的每层负载量为1.0g/m2，中间防护层涂覆三次；步骤3)，第一催化剂层单元涂覆七次；步骤4)，第二催化剂层单元涂覆八次；除上所述之外，其余各步骤与实施例1的对应步骤相同。
性能测试：与实施例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为12.6MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为8.3g/m2，即铱元素的消耗速率为0.53g/MAh/m2。
实施例4
电极的制备：步骤3)，第一催化剂层单元所含的金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为80∶20；除上所述之外，其余各步骤与实施例1的对应步骤相同。
性能测试：与实施例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为15.9MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为6.7g/m2，即铱元素的消耗速率为0.52g/MAh/m2。
实施例5
电极的制备：步骤1)，使用棕刚玉砂喷砂至表面粗糙度达到Ra为7μm～9μm后，在3wt％的草酸水溶液中于90℃浸泡1小时；步骤2)，施加钛、钽元素摩尔比为3∶2的钛钽氧化物中间防护层，钛、钽元素的总负载量为0.5g/m2，中间防护层涂覆二次；步骤3)，第一催化剂层单元所含的金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为80∶20；除上所述之外，其余各步骤与实施例1的对应步骤相同。
性能测试：与实施例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为16.6MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为5.7g/m2，即铱元素的消耗速率为0.56g/MAh/m2。
实施例6
电极的制备：步骤1)，喷砂处理至表面粗糙度达到Ra为11μm～13μm，在沸腾的37wt％的盐酸中浸泡1小时；步骤2)，中间防护层涂覆三次；步骤3)，第一催化剂层单元所含的金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为80∶20，第一催化剂层单元涂覆五次；步骤4)，第二催化剂层单元涂覆十次；除上所述之外，其余各步骤与实施例1的对应步骤相同。
性能测试：与实施例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为17.2MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为6.1g/m2，即铱元素的消耗速率为0.52g/MAh/m2。
实施例7
电极的制备：步骤1)，喷砂处理至表面粗糙度达到Ra为9μm～11μm，在沸腾的37wt％的盐酸中浸泡1小时；步骤2)，中间防护层涂覆三次；步骤3)，第一催化剂层单元所含的金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为80∶20，第一催化剂层单元涂覆五次；步骤4)，第二催化剂层单元所含的金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为90∶10；步骤5)制备第三催化剂层单元，第三催化剂层单元所含的金属元素为铱，第三催化剂层单元涂覆五次。除上所述之外，其余各步骤与实施例1的对应步骤相同。
性能测试：与实施例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为16.9MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为6.2g/m2，即铱元素的消耗速率为0.52g/MAh/m2。
实施例8
电极的制备：步骤1)将50×50mm2的一级钛片表面经氧化处理后，喷砂处理至表面粗糙度达到Ra为5μm～8μm，在沸腾的37wt％的盐酸中浸泡1小时；步骤2)中间防护层涂覆三次；步骤3)第一催化剂层单元所含的金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为65∶35，第一催化剂层单元涂覆七次；步骤4)第二催化剂层单元所含的金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为95∶5，第二催化剂层单元涂覆八次；除上所述之外，其余各步骤与实施例1的对应步骤相同。
性能测试：与实施例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为12.1MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为4.9g/m2，即铱元素的消耗速率为0.83g/MAh/m2。
对比例1
1)制备基体
将50×50mm2的一级钛片进行喷砂处理，使用棕刚玉砂喷砂至表面粗糙度达到Ra为9μm～11μm，在30wt％的硫酸水溶液中于95℃中浸泡1.5小时，取出用去离子水清洗，烘干，获得适宜于涂覆催化剂层的金属钛质基体1。
2)制备中间防护层
将0.035mol钽的乙醇盐溶于200ml正丁醇溶液中，用50ml浓度为37％的盐酸酸化，配成得到中间防护层前驱体溶液；将配置的中间防护层前驱体溶液涂覆于步骤1)制备得到的基体1的表面，金属元素钽的负载量为1g/m2，随后晾干，并在500℃、空气气氛中烧结；再重复上述涂覆、晾干、烧结工序1次，共涂覆二次；上述二次涂覆得到中间防护层3，从而获得钽氧化物中间防护层3。
3)制备催化层
催化层2所含金属元素为铱和钽，铱、钽元素摩尔比为80∶20；施加方式为：将0.035mol钽的乙醇盐溶于200ml正丁醇溶液中，用50ml浓度为37％的盐酸酸化；之后将0.065mol氯铱酸晶体溶于200ml正丁醇中，用50ml浓度为37％的盐酸酸化；将上述两种盐溶液按1∶1的体积比混合获得铱和钽的元素摩尔比为80∶20的催化层前驱体溶液；将催化层前驱体溶液涂覆于步骤2)制备得到的中间防护层3表面，涂覆量按金属元素铱的重量计含铱为1g/m2，随后烘干，并在450℃、空气气氛中烧结；再重复上述涂覆、烘干、烧结工序9次，共涂覆十次；上述十次涂覆得到催化层，从而获得铱、钽元素摩尔比为80∶20的铱钽氧化物催化层。
性能测试
a)将上述制备得到的电极表面进行X射线光电子能谱表征，如图3所示，可以看出，钽的各特征结合能位置有明显峰出现；即仅有一层催化层。
b)将上述制备得到的电极切出三个规格为25×25mm2的样品，在电解锌系统中进行电解冶金：电解液含有150g/L硫酸、60g/L锌离子、7g/L二价锰离子、20mg/L工业牛骨胶和0.221g/L氟化钠(转化为氟离子浓度为100mg/L)，测试温度为43℃，电流密度为500A/m2，设定槽电压升高0.5V判定电极失效(基于电解冶金对槽电压的敏感性)。
三个样品至失效的平均累计过电量为6.4MAh/m2，至失效时含贵金属的催化层的铱元素残余量总计为2g/m2，即铱元素的消耗速率为2.03g/MAh/m2。
对比例2
电极的制备：步骤1)，使用棕刚玉砂喷砂至表面粗糙度达到Ra为7μm～9μm，在7wt％的草酸水溶液中于95℃中浸泡1小时；步骤2)，施加钛、钽元素摩尔比为4∶1的钛钽氧化物中间防护层，中间防护层涂覆三次(钛钽中间防护层前驱体溶液的配置同实施例1的步骤2)；步骤3)，施加铱、钽元素摩尔比为65∶35的铱钽氧化物催化层，催化层涂覆十五次；除上所述之外，其余各步骤与对比例1的对应步骤相同。
性能测试：与对比例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为5.1MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为9g/m2，即铱元素的消耗速率为1.17g/MAh/m2。
对比例3
电极的制备：步骤1)，将50×50mm2的一级钛片经氧化处理后，在7wt％的草酸水溶液中于95℃中浸泡1小时除去氧化膜，之后在相同溶液中于80℃浸泡15小时获得表面粗糙度达到Ra为4μm～7μm粗糙表面；步骤2)，施加钛、钽元素摩尔比为3∶2的钛钽氧化物中间防护层；步骤3)，施加铱氧化物催化层，涂覆量按金属元素铱的重量计含铱为1.5g/m2；除上所述之外，其余各步骤与对比例1的对应步骤相同。
性能测试：与对比例1进行相同的电解冶金测试b)，三个样品至失效时的平均累计过电量为7.8MAh/m2，至失效时催化层的铱元素残余量为12g/m2，即铱元素的消耗速率为0.38g/MAh/m2。
本申请实施例和对比例的具体性能测试结果如表1所示。
从表1可以看出，相对于对比例1-3的单层催化剂层的电极，本申请实施例1-8采用多层催化剂层单元形成催化剂层，有效结合了外催化层和内催化层各自的特点，从而显著提升了涂层在含氟化物水溶液中的使用寿命。
实施例1-7的使用寿命高于实施例8的使用寿命，可见，尽可能降低表面催化层单元中不耐氟离子腐蚀的第二金属元素所占的比例，进一步提高最外层催化层单元中第一金属元素的含量，可以提升涂层的抗氟离子腐蚀性能，可进一步提高电极的使用寿命。
实施例4-7的使用寿命显著高于实施例1-3和8，可见，进一步提高内层催化层单元中第一金属元素的含量，有利于提高电极的使用寿命。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (14)
1.一种电极，所述电极包括基体和催化层；
所述催化层位于所述基体的上表面和/或下表面，并且所述催化层包括多层化学组分不同的催化层单元；
其中，所述催化层中远离所述基体方向的最外一层催化层单元为含有第一金属元素的氧化物层；除所述最外一层催化层单元之外的其它层催化层单元为含有第一金属元素和第二金属元素的氧化物复合层；所述第一金属元素选自铱、铂、铑、钯和钌中的一种或多种，所述第二金属元素选自钛、钽、铌、钨和锆中的一种或多种；
并且，每层所述催化层单元中所述第一金属元素占该层催化层单元中金属元素总量的摩尔百分比沿着远离所述基体的方向逐层增加，所述最外一层催化层单元中所述第一金属元素占所述最外一层催化层单元中金属元素总量的摩尔百分比为95％～100％。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，在所述催化层中靠近所述基体方向的最内一层催化层单元中，所述第一金属元素的摩尔含量大于所述第二金属元素的摩尔含量。
3.根据权利要求2所述的电极，其中，在所述最内一层催化层单元中，所述第一金属元素占所述最内一层催化层单元中金属元素总量的摩尔百分比为65％～95％，优选为80％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电极，其中，所述最外一层催化层单元为含有所述第一金属元素和所述第二金属元素的氧化物复合层。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电极，其中，每一层所述催化层单元中的所述第一金属元素的负载量为大于3g/m2，优选为6g/m2～50g/m2。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的电极，其中，所述第一金属元素为铱，所述第二金属元素为钽。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的电极，其中，所述催化层为两层所述催化层单元。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电极，其中，所述基体为阀型金属或阀型金属的合金；优选地，所述阀型金属选自钛、钽、铌、锆、铪、钒、钼和钨中的一种；优选地，所述基体为钛或钛合金。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的电极，所述电极还包括位于所述基体和所述催化层之间的中间防护层。
10.根据权利要求9所述的电极，其中，所述中间防护层选自如下组中的金属或合金或其氧化物：钽、钛、钨、锡、锑、铌、锆或其组合。
11.一种制备如权利要求1-10中任一项所述的电极的方法，所述催化层通过涂覆含有对应元素的前驱体溶液，干燥后经烧结形成。
12.一种如权利要求1-10中任一项所述的电极的用途，所述电极作为电解冶金的不溶性阳极。
13.根据权利要求12所述的用途，其中，所述电解冶金包括硫酸盐电解液体系下的电解锌和电解锰。
14.根据权利要求12或13所述的用途，其中，所述电解冶金的电解液中含有浓度不低于20mg/L并且不高于500mg/L浓度的氟离子。
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