[发明专利]一种制作Zn/Cu/Ti多金属纳米电极的方法

权利要求书

1.一种制作Zn/Cu/Ti多金属纳米电极的方法，其特征在于：以石墨板作 为阴极，Ti极板作为阳极，制作Ti纳米电极；再以Cu极板作为阳极，Ti纳 米电极为阴极，制作Cu/Ti双层纳米电极；然后以Zn极板作为阳极，Cu/Ti 双层纳米电极为阴极，制作Zn/Cu/Ti多金属纳米电极；这一系列反应均在一 个电解槽中完成，无需其他辅助装置；具体包括如下步骤：

步骤1：用100～800目的金相砂纸打磨Ti极板；

步骤2：将打磨好的Ti极板，用去离子水超声清洗5～30分钟；

步骤3：将超声清洗后的Ti极板吹干待用；

步骤4：采用恒压阳极氧化法处理电极，阳极氧化采用的电源为直流稳压 电源；具体为：采用石墨电极为阴极，采用步骤3吹干后的Ti极板为阳极， 在乙酸溶液中加入占乙酸溶液质量0.01～0.10％的氢氟酸形成的混合液作为反 应液，在设定的氧化电压5～50V条件下，氧化30～180分钟；在阳极的表面 会形成微观纳米管结构，其电极表面纳米管形成的原理是：在施加电压的瞬 间，阳极表面附近的水电离产生O^2-，同时钛快速溶解，阳极电流增大产生大 量Ti⁴⁺，产生的Ti⁴⁺与O^2-迅速反应，电解液中的F^-在电场的作用下，致使氧 化钛阻挡层表面形成不规则的凹痕；随着氧化时间的延长，凹痕逐渐发展成 孔核，孔核在场致和化学溶解作用下成为小孔，小孔的数量不断增加，最后 均匀分布在Ti极板表面形成有序结构，得到Ti纳米电极，其反应式为下式(1) —(4)；

步骤5：待反应完成后将Ti纳米电极取出，在电解槽中放入100ml浓度 为50～300g/l的硫酸铜，向其中加入3.75ml浓硫酸组成混合溶液，以Cu极 板为阳极，Ti纳米电极为阴极，在设定电流0.01-0.3A的条件下，电镀5-60 秒，去离子水超声清洗后，再干燥即得到Cu/Ti双层纳米电极；电极表面双层 纳米电极形成的原理是：在直流电源的作用下，电流通向阳极，阳极Cu极板 不断失去电子氧化成金属离子扩散到溶液中即阳极的溶解过程，失去的电子 在电源电势的驱动下，向电流反方向运动，通过直流电源富集到阴极上，铜 离子在阴极上不断得到电子而还原成金属镀层，其反应式为下式(5)-(9)；

步骤6：待反应完成后将Cu/Ti双层纳米电极取出，用0～300g的氯化钾 和50～200g氯化锌配成1L混合溶液，取100mL放入电解槽中，再向其加入 浓度为0.01～0.1mol/l盐酸300μl组成混合溶液，以Zn极板为阳极，Cu/Ti 双层纳米电极为阴极，在电流0.01-0.5A下镀锌5-60秒，去离子水超声清洗， 再干燥即得到Zn/Cu/Ti多金属纳米电极；在电极的表面会形成三层微观纳米 孔洞结构；电极表面三层微观纳米孔洞结构形成的原理是：在直流电源的作 用下，电流通向阳极，阳极Zn极板不断失去电子氧化成金属离子扩散到溶液 中即阳极的溶解过程，失去的电子在电源电势的驱动下，向电流反方向运动， 通过直流电源富集到阴极上，锌离子在阴极上不断得到电子而还原成金属镀 层，其反应式为下式(8)-(11)；

整个过程发生的主要化学反应如下：

H₂O→2H⁺+O^2-(1)

Ti-4e→Ti⁴⁺(2)

Ti⁴⁺+2O^2-→TiO₂(3)

TiO₂+6F^-+4H⁺→TiF₆^2-+2H₂O(4)

Cu—2e→Cu²⁺(5)

SO₄^2-—2e→SO₃+1/2O₂(6)

Cu²⁺+2e^-→Cu(7)

H₂O—2e→2H++1/2O₂(8)

2H⁺+2e→H₂(9)

Zn—2e→Zn²⁺(10)

Zn²⁺+2e^-→Zn(11)。