CN114836783B - 一种基于纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，具体包括以下步骤：S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，得到洁净的钛基底；S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中，以4℃/min的速率升至750～900℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮1～2h，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中，进行电沉积处理，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底进行高温煅烧，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列；本发明的方法操作简单，原料成本低廉，电解制备次氯酸钠效率高。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种基于纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，并将制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电极用于电解合成次氯酸钠。
背景技术
病毒性感冒、SARS和当前的新型冠状病毒肺炎疾病疫情都会对人们的学习、工作和生活都造成严重的影响，不同病毒导致的疫情使人们更加的关注日常生活的健康卫生以及防疫，喷雾消毒针对于预防疾病的传播是行之有效的办法，相对紫外线消毒效果更好，相对高温灭菌更容易实施。
次氯酸钠NaClO，英文全称sodiumhypochlorite，是一种应用十分广泛的无机盐，也是一种强氧化剂、漂白剂、消毒剂及防臭剂。次氯酸钠水溶液俗称漂水，是氯碱工业的副产品，其生产工艺简单、价格低廉，次氯酸钠的消毒杀菌作用主要通过水解生成次氯酸和氯离子，在室温下就具有很强的杀菌能力，便于使用。次氯酸钠溶液最早是在第一次世界大战期间用于医疗处理，鉴于其具有高效广谱的杀菌性能，目前它仍被广泛用于自来水的处理、医院、饮食、以及家庭等的消毒、杀菌。利用电解法制备次氯酸钠是较为成熟的技术，安全高效，能够避免使用成品次氯酸钠、液氯和二氧化氯时存在的危险品运输和存储的安全风险等问题，具有原料安全、自控程度高、综合运行成本低的优势，尤其在一些现场应急处理处置中发挥重要作用。
目前，对电解法制备次氯酸钠大多集中在电极板的研究，即选择合适电极板并附有高催化性能涂层，二氧化钌/钛阳极应用该领域已有报道，公开号为CN2214816的中国专利“高效消毒灭菌液电解棒”具体公开了阳极筒选用钛合金材料，在阳极筒表面设有二氧化钌和二氧化钛的固溶体活化层，将电解棒置于食盐水、酒精、食醋溶液中，通电后经电解产生高强度次氯酸钠消毒液的技术方案；公开号为CN203021656U的中国专利“一种适合于次氯酸钠发生器的钛阳极板”具体公开了一种适合次氯酸钠发生器的钛阳极板，具有钛基材，所述钛基材表面涂有钌、铱和钛氧化物涂层。上述方案均采用的是涂覆工艺，在电极板上涂覆性能涂层，但是传统的涂覆工艺容易产生死体积而降低二氧化钌的利用率，影响次氯酸钠的产率。公开号为CN109859955A的中国专利“一种二氧化钌/炭复合电极材料的制备方法”具体公开了利用水合三氯化钌与炭粉末混合制备无定型二氧化钌/炭复合电极材料的方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于纳米二氧化钌/碳复合阵列的电极及其制备方法，利用电沉积法制备的纳米二氧化钌/碳复合阵列钛阳极，具有操作方法简单，成本低廉，性能更优异的特点。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，得到洁净的钛基底；
S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中，以4℃/min的速率升至750～900℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮1～2h，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；
S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中，进行电沉积处理，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；
S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底进行高温煅烧，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列。
进一步的，所述步骤S1中刻蚀液中双氧水、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:(0.5～2)，弱刻蚀时间弱蚀时间为6～12s。
进一步的，所述步骤S2中通入丙酮的速率为90～200SCCM。
进一步的，所述步骤S3中混合镀液中盐酸、氯化钾和氯化钌的物质的量浓度比为0.01:0.1:(0.024～0.096)。
进一步的，所述步骤S3中电沉积处理的条件为：恒电流密度为-35～-15mA/cm2，电沉积时间为0.5～2h。
进一步的，所述步骤S4中高温煅烧以2℃/min速率升至400～500℃，煅烧1～2h。
本发明还提供一种按照上述方法制得纳米二氧化钌/碳复合阵列。
本发明还提供一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的应用，利用上述制备方法制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电解次氯酸钠的工作电极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，饱和食盐水为电解液，组装成三电极体系，用于电解产生次氯酸钠。
本发明还提供一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的电极的应用，利用上述制备方法制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电解次氯酸钠的正极，洁净的钛基底为负极，电解液为3％食盐水，组装成两电极体系，用于电解产生次氯酸钠。
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种纳米二氧化钌/碳复合阵列中以碳纳米线阵列为基底，有利于复合材料的成核和规则生长，原位生长的纳米材料可提高其利用率，使得成本更加低廉，同时大大提高复合材料的比表面积。
2、本发明中通过电沉积法制备的二氧化钌可以得到纳米形貌的结构，这种纳米尺寸作为电极可以增大与电解液的接触面积，结合碳材料形成的核壳材料可以提高电催化反应速率，同时，电沉积法克服了传统涂覆工艺中存在的容易产生死体积而降低二氧化钌的利用率的缺点，构筑成的纳米复合阵列，减少死体积的同时更有利于提高二氧化钌的利用率，进而大大提高了次氯酸钠的产率。
3、本发将制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列首次作为电解氯化钠合成次氯酸钠的工作电极；首先，利用电沉积法制备的二氧化钌属于正方晶系，纳米尺寸效应更赋予其优异的催化性能，该纳米二氧化钌颗粒紧紧包裹碳纳米线，形成核壳结构，结合碳材料电导率进而提升析氯性能，为其作为电解氯化钠合成次氯酸钠阳极提供理论依据。
附图说明
图1为本发明实施例1合成条件下的碳纳米线阵列的形貌图；
图2为本发明实施例1合成条件下的纳米二氧化钌/碳复合阵列的形貌图；
图3为本发明实施例1合成条件下的纳米二氧化钌/碳复合阵列的XRD图；
图4为本发明制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列和商品化二氧化钌的电化学LSV图。
具体实施方式
下面结合较佳实施例对本发明做进一步的说明，在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值；对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到；
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀8s，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，得到洁净的钛基底，其中，刻蚀液中双氧水、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:1；
S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中进行升温加热，以4℃/min的速率升至800℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮1h，丙酮的通入速率为150SCCM，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；如图1所示，该碳纳米线宽约100nm，长度约2μm，分布均匀，规则生长；
S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中，混合镀液中盐酸、氯化钾和氯化钌的物质的量浓度比为0.01:0.1:0.024，进行电沉积处理，恒电流密度为-15mA/cm2，电沉积时间为1h，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；
S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底利用马弗炉进行高温煅烧，所高温煅烧以2℃/min速率升至450℃，保持1h，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列。如图2和图3所示，二氧化钌沿着碳纳米线均匀生长，形成核壳结构，纳米棒宽约400nm，长约1～2μm；该二氧化钌属于正方晶系，其XRD特征峰与标准卡片40-1290相吻合，峰型尖锐，无杂峰，表明该二氧化钌具有较好的结晶度。
实施例2
一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀10s，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，得到洁净的钛基底，其中，刻蚀液中双氧水、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:1.5；
S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中进行升温加热，以4℃/min的速率升至900℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮2h，丙酮的通入速率为200SCCM，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；
S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中，混合镀液中盐酸、氯化钾和氯化钌的物质的量浓度比为0.01:0.1:0.096，进行电沉积处理，恒电流密度为-35mA/cm2，电沉积时间为2h，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；
S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底利用马弗炉进行高温煅烧，所高温煅烧以2℃/min速率升至400℃，保持1h，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列。
实施例3
一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀12s，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，得到洁净的钛基底，其中，刻蚀液中双氧水、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:0.5；
S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中进行升温加热，以4℃/min的速率升至850℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮1h，丙酮的通入速率为120SCCM，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；
S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中，混合镀液中盐酸、氯化钾和氯化钌的物质的量浓度比为0.01:0.1:0.048，进行电沉积处理，恒电流密度为-20mA/cm2，电沉积时间为0.5h，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；
S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底利用马弗炉进行高温煅烧，所高温煅烧以2℃/min速率升至500℃，保持1h，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列。
实施例4
一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀6s，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，得到洁净的钛基底，其中，刻蚀液中双氧水、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:2；
S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中进行升温加热，以4℃/min的速率升至750℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮1.5h，丙酮的通入速率为90SCCM，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；
S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中，混合镀液中盐酸、氯化钾和氯化钌的物质的量浓度比为0.01:0.1:0.048，进行电沉积处理，恒电流密度为-15mA/cm2，电沉积时间为1h，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；
S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底利用马弗炉进行高温煅烧，所高温煅烧以2℃/min速率升至450℃，保持2h，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列。
实施例5
一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀8s，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，得到洁净的钛基底，其中，刻蚀液中双氧水、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:1.5；
S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中进行升温加热，以4℃/min的速率升至850℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮1h，丙酮的通入速率为120SCCM，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；
S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中，混合镀液中盐酸、氯化钾和氯化钌的物质的量浓度比为0.01:0.1:0.024，进行电沉积处理，恒电流密度为-30mA/cm2，电沉积时间为2h，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；
S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底利用马弗炉进行高温煅烧，所高温煅烧以2℃/min速率升至400℃，保持1.5h，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列。
实施例6
根据上述实施例1的制备方法制成的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电解次氯酸钠的工作电极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，饱和食盐水为电解液，组装成三电极体系，进行循环伏安、线性扫描、阻抗分析测试。在该体系循环伏安测试中，扫速为5mV/s，电位在1V处的峰值电流可达0.073A，表现出一定的析氯性能。
实施例7
根据上述实施例1的制备方法制成的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电解次氯酸钠的正极，洁净的钛基底为负极，电解液为3％食盐水，组装成两电极体系，进行恒电流电解制备次氯酸钠测试，单位面积为1cm2下，电极质量约8mg，电解电流为2mA，电解时间为15min，产生有效氯为0.003545g。
对比实施例
参见图4，经过电化学测试，本发明制得纳米二氧化钌/碳复合阵列在电压区间为0.4～1.1V，扫速为5mV/s，线性扫描LSV测试下，1V电位下的峰值电流可达0.27A，而商品化二氧化钌在相同条件下仅为0.098A，这充分证明了本发明制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电极具有优异的析氯性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、以钛片为基底进行预处理和弱刻蚀6~12s，刻蚀液包括双氧水、硝酸和氢氟酸，双氧水、硝酸和氢氟酸的体积比为1:1:（0.5~2），得到洁净的钛基底；
S2、将经过预处理和弱刻蚀的钛基底置于管式炉中，以4℃/min的速率升至750~900℃，在氩气的带动下往管式炉通入丙酮1~2h，通入速率为90~200SCCM，最后在氩气保护下冷却至是室温，得到碳纳米线阵列基底；
S3、将经过步骤S2处理得到的碳纳米线阵列基底置于包括盐酸、氯化钾和氯化钌的混合镀液中进行电沉积处理，恒电流密度为-35~-15mA/cm2，电沉积时间为0.5~2h，得到钌氢氧化物/碳的阵列基底；其中，盐酸、氯化钾和氯化钌的物质的量浓度比为0.01:0.1:（0.024~0.096）；
S4、将经过步骤S3电沉积反应得到的钌氢氧化物/碳的阵列基底进行高温煅烧，高温煅烧以2℃/min速率升至400~500℃，煅烧1~2h，得到纳米二氧化钌/碳复合阵列。
2.一种如权利要求1所述的纳米二氧化钌/碳复合阵列的制备方法制得纳米二氧化钌/碳复合阵列。
3.一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的应用，其特征在于：利用如上述权利要求1所述的方法制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电解次氯酸钠的工作电极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，饱和食盐水为电解液，组装成三电极体系，用于电解产生次氯酸钠。
4.一种纳米二氧化钌/碳复合阵列的电极的应用，其特征在于：利用如上述权利要求1所述方法制得的纳米二氧化钌/碳复合阵列作为电解次氯酸钠的正极，洁净的钛基底为负极，电解液为3%食盐水，组装成两电极体系，用于电解产生次氯酸钠。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101318645A (zh) * | 2008-05-16 | 2008-12-10 | 昆明理工大学 | 利用丙酮为碳源制备碳纳米管阵列的方法 |
| CN104726844A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-24 | 北京控制工程研究所 | 一种在钛合金基底生长超强光吸收碳纳米管涂层的方法 |
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| CN108622879A (zh) * | 2017-03-22 | 2018-10-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种碳纳米管垂直阵列的干式接触转移方法 |
| CN110734053A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-31 | 深圳烯湾科技有限公司 | 碳纳米管的制备方法，碳纳米管纤维 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101318645A (zh) * | 2008-05-16 | 2008-12-10 | 昆明理工大学 | 利用丙酮为碳源制备碳纳米管阵列的方法 |
| CN104726844A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-06-24 | 北京控制工程研究所 | 一种在钛合金基底生长超强光吸收碳纳米管涂层的方法 |
| CN105006379A (zh) * | 2015-06-02 | 2015-10-28 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种二氧化钌纳米团簇/碳复合材料及其制备方法 |
| CN108622879A (zh) * | 2017-03-22 | 2018-10-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种碳纳米管垂直阵列的干式接触转移方法 |
| CN110734053A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-31 | 深圳烯湾科技有限公司 | 碳纳米管的制备方法，碳纳米管纤维 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Highly catalytic flexible RuO2 on carbon fiber cloth network for boosting chlorine evolution reaction";Fangfang Zhang et al.;《ELECTROCHIMICA ACTA》;第307卷;第385-392页 * |
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