[发明专利]一种高析氧电位长寿命的PbO2电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于材料化学领域和电化学方法技术领域，涉及一种高析氧电位长寿命的PbO₂电极材料及制备方法。

背景技术

PbO₂电极是研究较为广泛的一种阳极材料，其具有成本低廉，材料易得，制作工艺也比较简便，且具有高析氧电位和高催化活性。但是由于PbO₂与基体的结合性能较差，且Pb具有毒性，所以这些不足就限制了PbO₂电极的应用。为了克服这些不足，一些研究者将氟离子掺杂到PbO₂中，研究发现氟离子的掺杂限制了PbO₂水化层中自由氧原子的自由运动，减少其向阳极内部的扩散，同时在晶体层中氟离子占据了活性氧原子向阳极扩散的通道，因而氟离子的掺杂有效的延缓了PbO₂镀层的劣化和Ti基底的氧化，另一方面，水化层中的氟离子也不利于H₂O₂的生成，同时阻隔了SO₄^2-和Pb⁴⁺的接触，抑制了PbO₂的阳极溶解。因此，氟离子的掺杂大大的延长了PbO₂阳极的寿命。与PbO₂阳极相比，F-PbO₂阳极有较大的比表面积，表面能吸附更多的活性氧物种，在一定程度抵消了由于F-的存在而导致的表面活性氧物种的减少。同时，在阳极表面由于自由氧原子的自由运动和向电极内部的扩散都受到F-限制，从而导致有较多的·OH自由基积累，因此提高了F-PbO₂对有机污染物的电催化降解能力。

由于Ti金属具有良好的防腐性、低廉的价格、热导率小、表面易于物理和化学加工处理等优点，是制备氧化物电极理想的基体材料。研究表明，Ti基PbO₂电极具有很好的耐腐蚀性和导电性，而且具有析氧电位较高、处理有机污染物能力较强的的优点，所以该电极在电解工业和环境处理方面有着广泛的应用。但是在制备Ti/PbO₂电极时人们发现，在Ti和PbO₂界面上的电阻较大，且结合力较弱，影响了电极电化学活性和稳定性。为解决这一问题，一种方法是在Ti上电沉积Ag、Au，然后在Ti上制备PbO₂。第二种方法是先在Ti上制备出导电性良好的氧化物膜层，如含有SnO₂，Sb₂O₅的膜层，然后在该膜上用热形成或电沉积法制备PbO₂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高析氧电位长寿命的PbO₂电极及制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高析氧电位长寿命的PbO₂电极及制备方法，其特征在于，该方法是采用电化学沉积方法，以钛基上有序生长的二氧化钛纳米管为中间层，在含有氟高分子的硝酸铅溶液中电沉积PbO₂，制备F-PbO₂/TiO₂-NTs电极。

所述的方法具体包括以下步骤：

(1)将纯钛片表面机械打磨抛光，清洗干净；

(2)以溶质为NaF和支持电解质，并加入醇类添加剂，溶剂为水余量，配制电解液；

(3)以步骤(1)中的钛片为工作电极，铂片为对电极，进行电化学阳极氧化处理，在钛基表面获得直立有序的TiO₂纳米管得到TiO₂-NTs/Ti；

(4)将Pb(NO₃)₂，NaF，HNO₃，氟树脂配制成电镀液，该电镀液中硝酸铅的浓度为0.1mol/L～1mol/L，氟化钠的浓度为0.01mol/L～0.05mol/L，硝酸的浓度为0.01mol/L～0.2mol/L，氟树脂的浓度为1～20ml/L；

(5)以步骤(3)制备的TiO₂-NTs/Ti为工作电极，铂片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用恒电流方法把含氟PbO₂沉积到纳米管中，制备F-PbO₂/TiO₂-NTs电极产品。

所述的步骤(1)中的纯钛片厚度为0.02～0.1mm，尺寸为1～6cm₂。