[发明专利]一种钛基TiNx/IrO2‑Ta2O5纳米涂层阳极

说明书

技术领域

本发明属于电化学行业中不溶性阳极制备技术领域，具体涉及一种钛基TiNx/IrO₂-Ta₂O₅纳米涂层阳极。

背景技术

阳极是电化学工业中关键的部件，一般分为可溶性阳极和不溶性阳极。其中可溶性阳极最早应用是石墨阳极和铅阳极。阳极按照析出的气体不同，又可分为析氯阳极和析氧阳极。石墨阳极属于析氯阳极，铅合金阳极属于析氧阳极。

随着工业和科学技术的不断发展，传统的阳极材料越来越表现出其局限性。如石墨阳极的耐蚀性不是很理想、强度也不高；铂阳极的电催化性能不好，价格昂贵。这就促使人们研究开发电催化性能更高、服役寿命更长的阳极。

钛基氧化物涂层不溶性阳极的出现给电化学工业的发展带来了飞跃式的发展。而随着工业应用的迅猛发展，最初的Ti/TiO₂-RuO₂阳极已不能胜任过电位较高的析氧反应，而且在高的工作电位下阳极材料自身易发生溶解或钝化，使用寿命较低，因此在析氧环境下对阳极的要求更为苛刻。而长期以来一直使用的铅合金阳极，由于其笨重以及污染环境等原因，因而促使人们致力于开发新一代的钛基氧化物涂层阳极。

IrO₂的电化学活性在酸性介质中具有很高的析氧电催化活性，因而在析氧体系中能保持很高的稳定性，是氧发生用阳极的理想催化材料。实际应用中通常使用IrO₂-Ta₂O₅混合氧化物涂层，其中IrO₂是催化和导电组分，Ta₂O₅是作为催化组分的稳定剂和分散剂。因而近些年来对析氧用高寿命阳极的研究大多围绕IrO₂-Ta₂O₅混合氧化物体系开展。

在高过电位下，电解液通过涂层中的微裂纹与基体接触，因而Ti基体表面易氧化生成导电性差且疏松的TiO₂层，使得槽电压在几个小时内急剧升高并造成涂层剥落，尤其在过电位较高的析氧环境下对阳极的要求更为苛刻。因而实际使用中还需对Ti基氧化物涂层阳极进行改进以提高其电催化活性、服役寿命和稳定性。一般来说，Ti阳极的失效或失活主要有两种形式，其一是涂层脱落，其主要原因被认为是涂层结合力不牢，还有认为是由于氧原子弱化了基体和涂层间的结合力所致；另一种失效形式是钝化，其机理可用活性中心消失论和基体氧化论加以解释，可以描述为Ti在制备的加热过程中和在电解质中进行电化学催化时发生氧化，生成较为疏松并且导电性差的稳定的TiO₂层。因此如何推迟钛基体氧化、钝化，如何增强涂层组织及其与基体的结合力是目前针对氧化物涂层阳极获得稳定电催化活性和长寿命的研究重点。

发明内容

本发明目的在于提供一种钛基TiNx/IrO₂-Ta₂O₅纳米涂层阳极，该阳极中对于钛基基体表面进行了氮化处理，从而在钛基与IrO₂-Ta₂O₅涂层间形成中间层TiNx，该中间层可有效阻止高电位下钛基氧化或钝化现象发生；同时该阳极中IrO₂-Ta₂O₅涂层采用溶胶凝胶法制备，可较好提高IrO₂-Ta₂O₅涂层的电催化活性、稳定性和服役寿命。

本发明所采取的技术方案如下。

一种钛基TiNx/IrO₂-Ta₂O₅纳米涂层阳极，包括位于内部的钛基，位于中间的TiNx中间层，位于外部的IrO₂-Ta₂O₅纳米涂层；

所述TiNx中间层通过将钛基进行离子渗氮处理制得；

所述IrO₂-Ta₂O₅纳米涂层通过溶胶凝胶法制备获得。

所述钛基TiNx/IrO₂-Ta₂O₅纳米涂层阳极， Ir与Ta的摩尔比为7：6，IrO₂-Ta₂O₅纳米涂层包括10层。