CN206244890U - 一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极 - Google Patents
一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极，包括金属钛板基体，其特征在于：还包括二氧化钛纳米管中间层及氧化锡锑催化层，在所述金属钛板基体的一侧表面通过阳极氧化法设置有二氧化钛纳米管中间层，在二氧化钛纳米管中间层的各纳米管之间及上表面通过水热合成法及程序升温退火活化法设置有氧化锡锑催化层。
Description
技术领域
本实用新型属于环保技术及电化学领域，涉及一种电极，特别是一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极。
背景技术
钛基氧化锡锑电极(Ti/SnO2-Sb)拥有诸多优点，如析氧电位(OEP)高、催化活性好、电极制备方便且成本低廉(相对于BDD电极)等，但传统的溶胶-凝胶热分解法制备得到的该电极的催化层与基体结合度不够，并且催化层呈现出“泥裂”状形貌，在电催化氧化过程中，催化层容易脱落，造成钛基体裸露而影响电极寿命。因此电极稳定性较差这一问题严重制约着此类电极的工业化应用。
高度有序排列的二氧化钛纳米管阵列具有较高的比表面积、较高的化学稳定性和机械强度以及优异的耐腐蚀性，并且二氧化钛纳米管易制备、成本低。而水热条件下生成的催化层结构致密，可有效阻止电解液向基体的扩散及对基体的腐蚀。这是由于在水热的条件下，锡锑溶液中可形成大量氧化锡锑微晶，这些微晶通过表面存在大量的不饱和键，与二氧化钛纳米管表面的钛氧悬空键牢固结合；并且由于表面能极高，此类微晶为降低表面能达到热力学稳定状态，自发聚集并通过化合键相互结合形成致密的氧化锡锑催化层。因此，本实用新型首先提出一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种结构设计科学合理、稳定性高、使用寿命长、易于实现的高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极。
本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极，包括金属钛板基体，其特征在于：还包括二氧化钛纳米管中间层及氧化锡锑催化层，在所述金属钛板基体的一侧表面通过阳极氧化法设置有二氧化钛纳米管中间层，在二氧化钛纳米管中间层的各纳米管之间及上表面通过水热合成法及程序升温退火活化法设置有氧化锡锑催化层。
金属钛板基体经砂纸打磨后，先在高温氢氧化钠溶液中碱洗，随后在高温草酸溶液中酸刻，最后经清洗干燥后置于无水乙醇中待用。
采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管中间层，所用溶液为质量分数2.5～5％的氟化氨、体积分数1～5％的超纯水、体积分数95～99％的乙二醇，施加30～50V的电压氧化2～3.5h，然后在无水乙醇中超声5～15min，随后以1～5℃/min的升温速率升至450～550℃，处理1.5～3h后随炉冷却。
采用水热合成法结合程序升温退火活化的方法制备氧化锡锑催化层，所用溶液为0.5～1g/L的四氯化锡、0.01～0.04g/L的氯化锑、40～65ml/L的浓盐酸，水热反应后，清洗干燥电极并进行程序升温退火活化处理，得到目标电极。
本实用新型的优点和有益效果为：
1.本高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极，通过阳极氧化法直接在金属钛板基体上刻蚀出稳定性高、耐腐蚀性好的二氧化钛纳米管中间层，随后以此为基础在水热条件下生成结构致密的氧化锡锑催化层。综合两者优点，本实用新型的电极相比于传统溶胶-凝胶热分解法制备的电极，稳定性得到极大提升。
2.本实用新型结构设计科学合理，具有稳定性高、使用寿命长、易于实现的优点，是一种具有较高创新性的高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
附图标记说明：
1-氧化锡锑催化层、2-二氧化钛纳米管中间层、3-金属钛板基体。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
实施例1
一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极，包括金属钛板基体3，其创新之处在于：还包括二氧化钛纳米管中间层2及氧化锡锑催化层1，在所述金属钛板基体的一侧表面通过阳极氧化法设置有二氧化钛纳米管中间层，在二氧化钛纳米管中间层的各纳米管之间及上表面通过水热合成法及程序升温退火活化法设置有氧化锡锑催化层。
金属钛板基体(20mm×20mm×5mm)经砂纸打磨后，在20wt.％的氢氧化钠溶液中于90℃下碱洗0.5h，随后在10wt.％的草酸溶液中于99℃下酸刻2h，最后经去离子水冲洗并干燥后存放于无水乙醇中待用。
将预处理后的金属钛板基体在溶液质量分数4％的氟化氨、体积分数5％的超纯水、体积分数95％的乙二醇中，施加45V的电压氧化3h制备得到二氧化钛纳米管中间层，然后在无水乙醇中超声15min，随后以1℃/min的升温速率升至500℃，处理2h后随炉冷却使其转化为锐钛矿晶型。随后在溶液为0.9g/L的四氯化锡、0.01g/L的氯化锑、40ml/L的浓盐酸中，于200℃下水热反应24h制备氧化锡锑层，然后清洗干燥后，以1℃/min的升温速率升至500℃退火处理30min使其活化，得到目标电极。
实施例2
一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极，包括金属钛板基体，其创新之处在于：还包括二氧化钛纳米管中间层及氧化锡锑催化层，在所述金属钛板基体的一侧表面通过阳极氧化法设置有二氧化钛纳米管中间层，在二氧化钛纳米管中间层的各纳米管之间及上表面通过水热合成法及程序升温退火活化法设置有氧化锡锑催化层。
金属钛板基体的预处理步骤和实施例1相同。将预处理后的金属钛板基体在溶液为质量分数2.5％的氟化氨、体积分数1％的超纯水、体积分数95％的乙二醇中，施加50V的电压氧化2h制备得到二氧化钛纳米管中间层，然后在无水乙醇中超声10min，随后以3℃/min的升温速率升至550℃/min，处理1.5h后随炉冷却使其转化为锐钛矿晶型。随后在溶液为1g/L的四氯化锡、0.04g/L的氯化锑、65ml/L的浓盐酸中，于200℃下水热反应24h制备氧化锡锑层，然后清洗干燥后，以1℃/min的升温速率升至500℃退火处理30min使其活化，得到目标电极。
实施例3
一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极，包括金属钛板基体，其创新之处在于：还包括二氧化钛纳米管中间层及氧化锡锑催化层，在所述金属钛板基体的一侧表面通过阳极氧化法设置有二氧化钛纳米管中间层，在二氧化钛纳米管中间层的各纳米管之间及上表面通过水热合成法及程序升温退火活化法设置有氧化锡锑催化层。
金属钛板基体的预处理步骤和实施例1相同。将预处理后的金属钛板基体在溶液为质量分数5％的氟化氨、体积分数3％的超纯水、体积分数97％的乙二醇中，施加30V的电压氧化3.5h制备得到二氧化钛纳米管中间层，然后在无水乙醇中超声5min，随后以5℃/min的升温速率升至450℃/min，处理3h后随炉冷却使其转化为锐钛矿晶型。随后在溶液为0.5g/L的四氯化锡、0.01g/L的氯化锑、50ml/L的浓盐酸中，于200℃下水热反应24h制备氧化锡锑层，然后清洗干燥后，以1℃/min的升温速率升至500℃退火处理30min使其活化，得到目标电极。
对比例
对比例电极采用溶液-凝胶热分解法制备。首先将乙二醇(EG)和柠檬酸(CA)在60℃下以摩尔比4.5:1均匀混合，然后升温至90℃，同时加入SnCl4·5H2O和SbCl3，待完全溶解后在90℃下稳定30min。溶液中各组分的摩尔比例为EG:CA:(Sn4++Sb3+)＝4.5:1:0.33，其中Sn4+:Sb3+＝9:1。将预处理后的金属钛板基体浸在溶液中，然后匀速提出，使电极表面形成一层均匀的溶液，随后将其放在130℃下干燥10min形成凝胶，接着在500℃下煅烧10min。重复上述步骤10次，最后一次时电极在500℃下处理2h并随炉冷却，得到对比例电极。
应用例
模拟废水采用浓度为1g/L的酸性大红(AR 73)溶液，其中加入0.1mol/L的Na2SO4作为电解质，分别将各实施例电极和对比例电极作为阳极，经预处理的金属钛板基体作为阴极，在50mA/cm2的电流密度下处理120ml的模拟废水，比较各电极的电催化氧化性能。
实验发现经4.5h的降解，实施例1、2、3制备的Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb电极对AR 73的去除率分别为99.21％、98.98％、99.01％，而相应的对比例Ti/SnO2-Sb电极对AR 73的去除率仅为89.37％；在0.5mol/L的H2SO4中于1A/cm2的电流密度下，各实施例电极强化寿命分别是对比例电极的6.52倍、6.37倍、5.98倍。
尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (1)
1.一种高稳定性二氧化钛纳米管修饰的钛基氧化锡锑电极，包括金属钛板基体，其特征在于：还包括二氧化钛纳米管中间层及氧化锡锑催化层，在所述金属钛板基体的一侧表面通过阳极氧化法设置有二氧化钛纳米管中间层，在二氧化钛纳米管中间层的各纳米管之间及上表面通过水热合成法及程序升温退火活化法设置有氧化锡锑催化层。
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| CN109100075A (zh) * | 2018-07-28 | 2018-12-28 | 张玉英 | 一种用于电子皮肤的柔性压力传感器及制备方法 |
| CN110040820A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-07-23 | 天津市大陆制氢设备有限公司 | 二氧化钛网状结构修饰的钛基氧化锡锑电极及其制备方法 |
| CN110092449A (zh) * | 2019-05-10 | 2019-08-06 | 生态环境部环境规划院 | 一种SnO2电极的制备方法及其用途 |
| CN111559783A (zh) * | 2019-02-13 | 2020-08-21 | 孙跃 | 一种制备新型锡锑电极的方法 |
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| CN109100075B (zh) * | 2018-07-28 | 2021-07-30 | 安徽唯诗杨信息科技有限公司 | 一种用于电子皮肤的柔性压力传感器及制备方法 |
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