[发明专利]一种铌基硼掺杂金刚石泡沫电极及其制备方法与应用

说明书

一种铌基硼掺杂金刚石泡沫电极及其制备方法与应用，所述电极是在泡沫金属骨架表面设置一层金属铌，或在泡沫有机/无机物骨架表面设置改性层，再在改性层表面设置一层金属铌构成电极基体，再在电极基体表面设置硼掺杂金刚石层或硼掺杂金刚石层复合层构成。其制备方法，是将泡沫金属骨架表面镀覆金属铌层；或在泡沫有机/无机物骨架表面设置改性层，再在改性层表面设置金属铌层，得到电极基体；在电极基体表面沉积掺硼金刚石层或硼掺杂金刚石层复合层。其应用于电化学合成、电化学污水净化处理、电化学检测、电化学生物传感器领域。本发明结构合理、电催化活性高、电流效率高。

技术领域

本发明公开了一种铌基硼掺杂金刚石泡沫电极及其制备方法与应用。

背景技术

金刚石是一种具有独特物理化学性能的材料，不易与酸碱盐发生反应，并且具有良好的化学稳定性。近年来，研究学者将其应用于电化学降解有机污水等领域，发现金刚石电极电化学性质优异，具有很宽的电势窗口和极低的背景电流。通过硼掺杂可使金刚石变为半导体或具有金属性质的导体，从而为其在电极领域的应用奠定基础。与传统电极相比，掺硼金刚石电极(BDD)薄膜电极具有窗口宽、背景电流小、电化学稳定性好、机械性能好、耐腐蚀性强、导电性好等诸多优势，在电化学氧化处理污水领域有着很好的前景。

目前，研究人员对BDD电极的研究大多集中在平板基体的BDD电极上，如将金刚石薄膜沉积在Si、Nb、Ti、W等平板基体上。平板基体属于二维基体，真实电极面积与表观电极面积相近，若能将金刚石薄膜沉积在具有一定孔洞的三维基体上，与相同表观面积的平板基体相比，势必将提高金刚石薄膜的真实面积。

相比粉末冶金烧结态的多孔电极材料，泡沫电极材料具有较高的孔隙率，可高达99％，更大的比面积，且通过控制泡沫电极制备的原料和工艺，可以得到三维方向均匀一致、性能稳定的泡沫电极材料，并且通过控制泡沫基体尺寸很容易实现电极材料的尺寸、孔数、厚度等参数。同时，由于其发达的空间结构，使其在保持一定强度的情况下，极大地增加了电极材料的比表面积，提高了电极的活性。通过控制制备泡沫电极的工艺，可以达到控制电极材料的组成和结构的目的，最终实现高性能电极性能的各项要求。显然，这类材料具有大的电化学反应界面，在电化学电极材料方面具有较大的应用前景。

近几年来，纳米材料因其优异的性能越来越多的被用于传感器修饰电极的制作中。利用纳米材料修饰后的工作电极，由于表面积变大导致电流响应强度也随之增大。石墨烯纳米材料因合成简单、成本低、形貌可控、生物相容性和导电能性好等优点逐渐发展成为一类重要的电极修饰材料。碳纳米管比表面积大，结晶度好，导电性好，也是一种理想的电极修饰材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种结构合理、电催化活性高、电流效率高的铌基硼掺杂金刚石泡沫电极及其制备方法与应用。

本发明一种铌基硼掺杂金刚石泡沫电极，所述电极是由泡沫骨架表面设置一层金属铌，或在泡沫骨架表面设置一层改性层后，再在改性层表面设置一层金属铌构成的电极基体，再在电极基体表面设置硼掺杂金刚石层或硼掺杂金刚石层复合层构成。

本发明一种铌基硼掺杂金刚石泡沫电极，所述泡沫骨架选自海绵、泡沫金属或合金、泡沫有机物、泡沫非金属无机物中的一种。

本发明一种铌基硼掺杂金刚石泡沫电极，泡沫骨架基体孔径为0.01～10mm，开孔率20％～99％，孔洞均匀分布或随机分布；泡沫基体为二维平面片状结构或三维立体结构；金属铌沉积层厚度为5μm-3mm。