[发明专利]一种长寿命DSA电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种DSA电极的制备，具体地说，首先在基体上电镀一层致密的锡锑中间层，然后再涂覆活性层，致密电镀中间层的存在可以有效的防止溶解氧向基体内部扩散，减缓电极钝化进程，从而达到提高电极寿命的目的。

背景技术

形稳性阳极，即DSA电极，是以钛为基体，涂覆Ir、Pt、Ru、Sn等活性元素的金属氧化物构成的电极，具有催化活性高，反应选择性好，耐腐蚀等优点。DSA电极不但克服了传统石墨电极、铂电极、铅基合金电极、二氧化铅电极等存在的一些不足，而且可以根据电极反应的要求，设计电催化材料的组成及结构，有效诱导或控制表面副反应，被广泛用于氯碱工业、电解工业、电镀工业、废水处理、有机电合成等领域。

DSA电极的制备方法很多，主要有热分解法、电化学沉积法、溶胶凝胶法等，电极的电催化活性主要来自其表面的过渡金属氧化物涂层，而氧化物活性涂层的化学组成可以控制和调节，不同组分或相同组分但其活性物质摩尔比不同，都会直接影响所制备的氧化物涂层的电化学活性。因此，人们根据实际需要的不同，通过掺杂不同的元素，控制不同组分的摩尔比，选择不同的焙烧温度、焙烧时间、电沉积电位等条件来制备出性能最佳的DSA电极。

DSA电极虽然制备方法多样，工艺简单，催化活性高，选择性好，但其有一个致命的弱点：使用寿命短。近年来，为了解决这一问题，研究者们进行了各种各样的实验。电极失活的主要原因就是涂层的剥落或溶解以及溶解氧进入基体，使基体氧化钝化生成氧化物层，该氧化层会减小活性层与基体的结合力，导致涂层剥落电极失活。基于此，有研究者将Ti基体先进行阳极氧化在其表面生成二氧化钛纳米管，然后涂覆上活性层制备了电极。由于二氧化钛纳米管具有较大的比表面积，提高了活性层与基体的结合力；并且二氧化钛层的存在阻止了氧向基体的扩散，提高了电极的使用寿命。但是二氧化钛层的存在也降低了电极的导电性，增加了能耗降低了催化效率。还有研究表明，在基体与活性层间涂覆含Mn、Co、Ru等元素的中间层可以提高电极的寿命，但这些元素的掺杂同时也会降低电极的催化活性。

本发明通过在基体和活性层间电镀了一层锡锑中间层，不仅提高了电极的使用寿命，而且在一定条件下还会提高电极的催化活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作方便、具有长使用寿命的DSA电极的制备方法。本发明是通过以下技术方案实现的：将基体处理后作为阴极在含Sn⁴⁺、Sb³⁺的溶液中恒电流电镀，得到一层致密的电镀中间层，然后在其表面均匀涂覆上活性层。

本发明提出的一种长寿命DSA电极的制备方法，其具体步骤如下：

(1)基体的处理：金属钛或钛合金分别经过喷砂、打磨，碱洗除油，酸洗刻蚀等处理得到粗糙、洁净的表面。经上述处理过的金属钛或钛合金可以直接作为阴极进行电镀，也可将其进一步进行阳极氧化，在其表面得到一层二氧化钛薄膜后再作为阴极进行电镀。

(2)电镀中间层的制备：将处理过的基体作为阴极，不溶性电极作为阳极，在分别或同时含有Sn⁴⁺、Sb³⁺的酸性溶液中在5～50mA/cm²的电流密度下电镀30s～2h，重复几次后转入马弗炉里300～500℃下焙烧30min～5h。其中，Sn⁴⁺的浓度为0.05～0.8mol/L，Sn∶Sb的摩尔比为5～20∶1。

(3)表面活性层的制备：表面活性层可以通过浸渍提拉、溶胶凝胶、电沉积、溅射、喷涂等方法将SnO₂、PbO₂、RuO₂、IrO₂、Sb₂O₅、Ta₂O₅、Cr₂O₃等金属氧化物或其通过掺杂改性过的活性物种中的一种或几种均匀涂覆在电镀中间层表面，然后在300～600℃下热处30min～6h。

本发明制备的DSA电极具有以下优点：1.致密电镀中间层的存在，可以有效阻止溶解氧及反应过程中产生的氧气进入基体使其钝化，极大提高了电极的使用寿命；2.由于电镀中间层本身就具有一定的催化活性，因此，电镀中间层的存在同时也提高了电极的催化活性；3.本发明工艺简单，可根据实际应用的不同来选择不同的活性层和涂膜方法。

附图说明