[发明专利]一种嵌入钌锆锡氧化物的活性涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于应用电化学和能源工业的电极材料领域，涉及一种具有高电催化性能的材料及其制备方法。具体的应用领域包括酸性溶液电解、稀盐水电解、有机溶液电解、阴极防护、电化学传感器等电化学部件和器件。特别适宜在氯、氧双析电解槽中用作为电极材料的活性涂层。

背景技术

活性电极是电化学工业中关键的部件，1965年Beer 首次开发出二氧化钌涂层阳极，开拓了新一代的阳极材料，活性涂层的存在赋予这类阳极高的析氯活性。经过大量研究，在活性涂层中，以RuO₂+TiO₂复合而成的二元氧化物具有较优越的综合性能，是析氯工业用的最普遍采用的涂层材料。人们逐渐认识到，二氧化钌涂层并不适合在析氧的场合中应用。1991年Vercesi等提出了采用铱基氧化物可以实现析氧反应的需求，以后开发成功了IrO₂+Ta₂O₅复合氧化物阳极材料，该材料可以适合更为苛刻的电解条件，而且具有更高的析氧活性。目前，析氯和析氧电极已成为电化学工业中最主要的两类析气活性电极材料。随着工业的发展，应用领域的扩大，使用环境的复杂，传统上单一的析Cl₂、析O₂用阳极的局限性日益凸显。如在电冶金领域、电解酸性水溶液和高氯酸盐生产中，更多的情况是电解液中存在含氧和含氯化合物，使电解环境更为苛刻，电极材料因此也受到更严峻的考验。为此，研发氧、氯双析电极材料有非常重要的实际意义。为了开发新型的活性涂层，本研究团队围绕着TiO₂+RuO₂和IrO₂+Ta₂O₅进行了深入的研究，取得了一定的成果，如在2008年《美国陶瓷学会会刊》的91卷中以“Phase Structure and Microstructure of a Nanoscale TiO₂-RuO₂-IrO₂-Ta₂O₅ Anode Coating on Titanium”为题，披露了一种TiO₂+RuO₂+IrO₂+Ta₂O₅活性涂层的制备技术；在中国专利200810072273.1中提出了采用交替结构的活性“具有交替结构涂层的钛阳极的制备方法”的发明专利，获得了发明专利权。这些涂层在改善钛阳极的耐蚀性上起到明显的效果。最近，本研究小组的研究发现采用嵌入钌系氧化物的方法，更可以实现钌系和铱系活性物质与性能的调控。即在IrO₂-Ta₂O₅涂层氧化物中投加RuO₂-ZrO₂-SnO₂ 氧化物纳米晶的方法，改善IrO₂+Ta₂O₅的析氯特性，制备出一种新型的钌锆锡氧化物的嵌入式结构的铱钽活性阳极涂层，将可以获得同时析氧和析氯的特性，从而可以获得高效的氧、氯双析活性涂层电极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种嵌入钌锆锡氧化物的活性涂层及其制备方法，从而获得有更强普适作用的高活性电极材料。

本发明的思路是在原有的铱钽氧化物活性涂层中，利用嵌入技术在该涂层中添加钌锆锡氧化物，以提高铱钽氧化物能在同时析氧和析氯场合中具有更优越的活性。这一思路是基于铱钽氧化物和钌钛氧化物分别是目前公认的析氯和析氧最常用的两类活性电极材料，我们最近的研究发现，钌锆锡氧化物是活性较钌钛氧化物更高的涂层材料。随着日益增长的工业的发展，应用领域的扩大，使用环境的复杂，传统上单一的析Cl₂、析O₂用阳极的局限性日益凸显。为了适应这一变化，本团队提出了采用在铱钽氧化物活性涂层中嵌入钌锆锡氧化物，使得电极在服役过程中，除了铱钽氧化物的析氧反应以外，裸露在表面的钌锆锡氧化物可以进行析氯反应，增强的电极的有效活性。这种氧、氯双析电极材料具有非常重要的实际意义。