[发明专利]一种钛/石墨烯/氧化物复合电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛/石墨烯/氧化物复合电极，属于电镀技术领域。

背景技术

在湿法冶金工业和电化学工业（氯碱工业、污水处理和电镀等）中，电极材料作为，是整个电化学反应体系的核心主体。钛电极以其优异的耐腐蚀性和尺寸稳定性而广泛应用于有色金属提取和电化学工业中，目前使用的涂层钛电极主要是围绕钛基体表面涂覆Mn、Pb、稀贵金属氧化物涂层为主，这种传统的涂层钛电极存在内阻较大，电流效率低、表面贵金属涂层价格高昂等缺陷，大大限制了其进一步的推广应用。因此目前，急需一种电阻小、高导电率、质量轻盈、易加工成型并且生产成本较低的电极材料。

发明内容

本发明的目的是针对目前上述一系列传统涂层钛电极材料的问题和不足，提供一种钛/石墨烯/氧化物复合电极，是一种在钛基体上添加导电性能优异的石墨烯，并且石墨烯作为过渡层增加了表面Mn、Pb、La系氧化物涂层的膜基结合强度，利用了石墨烯稳定的晶格结构和极高的载流子迁移率提升电极的综合性能，同时发挥各层优势，使该电极具有强度高、导电性好、耐蚀性能强、使用寿命长等优点。

本发明的技术方案是：复合电极的结构是基体上依次涂覆有石墨烯和氧化物涂层，氧化物涂层为Mn、Pb或La的氧化物，基体是钛或钛合金的板或网板。

所述基体上涂覆的石墨烯有多层，每层的厚度为0.4～1.0mm。

所述氧化物涂层的厚度为150μm～700μm。

所述钛或钛合金的板厚度为0.5～10mm、网板网丝直径为0.1～5mm。

所述钛合金为钛合金牌号TA4。

本发明的钛/石墨烯/氧化物复合电极的制备方法为：

（1）采用热分解法制备钛/石墨烯/ Mn、Pb、La系氧化物复合电极的步骤为：将钛基体用腐蚀液、净化液、清洗液等依次清洗表面，利用热分解法涂覆1-15层石墨烯悬浮液或表面功能化石墨烯水溶液，将涂覆好后的复合钛板放置于保温炉内，保温温度为50℃-500℃，保温时间为5分钟-30分钟，得到在钛基体/石墨烯复合材料，再在这复合材料表面利用电镀技术制备一层Mn、Pb、La系氧化物组成的一元或多元体系涂层，最终获得钛/石墨烯/ Mn、Pb、La系氧化物复合电极。

（2）采用化学气相沉积法（CVD）制备钛/石墨烯/ Mn、Pb、La系氧化物复合电极的步骤为：将钛基体用腐蚀液、净化液、清洗液等依次清洗表面，放置于化学气相沉积装置炉内加热反应室，分别通入氩气和反应溶液（色谱纯99.9%的乙醇溶液等）并保持流量不变，加热至200℃-1000℃在钛基体表面沉积获得石墨烯中间层。得到在钛基体/石墨烯复合材料，再在这复合材料表面利用电镀技术制备一层Mn、Pb、La系氧化物组成的一元或多元体系涂层，最终获得钛/石墨烯/ Mn、Pb、La系氧化物复合电极。

（3）采用有机成形法制备钛/石墨烯/ Mn、Pb、La系氧化物复合电极的步骤为：将钛基体用腐蚀液、净化液、清洗液等依次清洗表面，放入质谱仪内钝化后沉积石墨烯中间层到钛基体表面上，得到在钛基体/石墨烯复合材料，再在这复合材料表面利用电镀技术制备一层Mn、Pb、La系氧化物组成的一元或多元体系涂层，最终获得钛/石墨烯/ Mn、Pb、La系氧化物复合电极。

本发明的有益效果是：

（1）石墨烯是由碳六元环组成的二维周期蜂窝状点阵结构，理论比表面积可达2600m²/g，室温下具有高达15000cm²/（V·s）的电子迁移率，这一系列特殊的二维结构使其具有完美的量子隧道效应和良好的电导率，且其能在酸性环境下表现出优异的耐腐蚀性能。

（2）产品的制备工艺简单，易操作，适应于产业化生产，添加石墨烯中间层后显示电镀Mn、Pb、La系氧化物涂层晶粒均匀细小、晶粒结合紧密无裂缝、催化活性好，比表面积大，与基膜结合牢靠。所制备出的钛/石墨烯/ Mn、Pb、La系氧化物复合电极界面结合性、导电性、耐腐蚀性优异，用其作为湿法冶金和电化学工业中的阳极材料，充分发挥钛、石墨烯以及Mn、Pb、La系氧化物涂层各自的性能优势，提高表面耐腐蚀性，使电极内阻降低，电流分布均匀，槽电压与传统的钛电极相比降低5%~10%，产品纯度较之提高3%-8%，并且单吨有色金属产品能耗下降3%-10%，从而达到节约成本，节能降耗的效果。