[发明专利]一种可控制涂层粒度的钛基二氧化铅电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，涉及一种可控制涂层粒度的钛基二氧化铅电极的制备方法。

背景技术

钛基二氧化铅电极(Ti/PbO₂)作为工业上常用的阳极材料，因其具有较高的析氧电位、成本低、导电性好、制备方法简单等优点而广泛应用于电化学合成、电化学传感器、电化学废水处理、臭氧制备、湿法冶金以及电池工业等领域。

Ti/PbO₂电极一般采用电沉积法制备，在钛基上沉积一层导电、耐蚀的PbO₂涂层，该法能较好地控制沉积层的结构和组成，获得比较均匀的涂层界面。但目前制备的电极存在致命的缺陷，稳定性较差，电极在使用过程中发生钝化。主要表现为二氧化铅活性组元的溶解、消耗；二氧化铅涂层的脱落或剥离；钛基体钝化生成不导电的TiO₂等。因此，关于Ti/PbO₂电极制备方法的研究目前主要集中在解决电极的稳定性问题方面。例如专利CN1031725提出以ABS为基体制备二氧化铅电极，CN2136250报道了一种网状板式陶瓷二氧化铅电极的制备方法。CN1635183和CN1924102从解决镀层脱落等问题出发，发明了无基体制备法，电极的机械强度高，抗腐蚀性好，电化学活性高，制备工艺简单。CN101054684将钛基体进行表面粗化处理、再通过热分解法镀制锡锑氧化物底层、然后经碱性电镀α-PbO₂和酸性复合电镀含氟β-PbO₂，获得钛基体含氟β-PbO₂电极，镀层和基体的结合力强、界面电阻和内应力小、价格低廉、电极使用寿命长，解决了电极的内应力大和耐腐蚀性差的问题，可广泛应用于酸性体系的各类电解工业领域。

然而，电极表面的几何因素对其催化性能有重要影响。PbO₂涂层的颗粒尺度直接影响到电极表面的微观结构、形貌。由于二氧化铅涂层颗粒尺度会引起涂层电子与结构方面变化，这种变化引起了科学研究者的极大兴趣。因此，能够建立可控制颗粒尺度的二氧化铅电极的制备方法对于二氧化铅电极的研究、开发和应用具有重要意义。有关这方面的研究很少，专利CN1924102开发的多孔型的无基体二氧化铅电极，提高了电极的比表面积和反应活性，但是其应用范围受到限制。CN1073747，CN2136250的制备仅停留在对二氧化铅电极性能的改进，没有涉及到纳米尺度范畴。

在目前的工作中，我们在用Ti基体制备的Ti/SnO₂-Sb₂O₅中间涂层上利用控制电位方法制备了一系列不同尺度的钛基二氧化铅电极，通过控制电位来改变电极反应速率，调节粒度大小。所制备的二氧化铅电极涂层粒度大小或厚度介于纳米和微米之间，为进一步研究不同颗粒尺度的钛基二氧化铅电极的电化学性能、研究电极的失效机制奠定了基础，同时对于开发长寿命和高电化学活性的二氧化铅电极材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可根据不同用途制备不同粒度的钛基二氧化铅电极的方法，其制得的二氧化铅电极表面的粒度处于微米和纳米级别。

本发明采用的技术方案如下：

(1)钛基体的预处理：首先将钛基体表面用碱除油、水清洗后置于酸溶液中在80-100℃下刻蚀0.5-2h，形成均匀的麻面，用二次去离子水冲洗干净，置于蒸馏水中备用。所述的酸溶液可以是草酸、硫酸和盐酸溶液，具体浓度为10～15％的草酸，10～15％的盐酸溶液，30～40％的硫酸溶液。

(2)中间层的制备：采用热分解法制备Ti/SnO₂-Sb₂O₅混合氧化物涂层。将SnCl₂·2H₂O、SbCl₃按一定比例溶解在含有盐酸的异丙醇溶液中，按SnO₂-Sb₂O₅含量为10mg/cm²配制成涂液，刷涂在处理好的钛基体上，使涂层薄而匀，涂液在15～18次左右涂完；90～120℃下烘5～10min，然后在氧气气氛中450～550℃热氧化5～10min。极片在热氧化后必须冷却至室温才可以进行下一次刷涂。反复操作，直至将涂液全部涂完为止，最后在450～550℃温度下烧结1～2h，使涂层能够全部氧化。得到表面均匀、呈深蓝色的锡锑氧化物涂层。