[发明专利]一种石墨烯掺杂多孔RuO2阳极的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯掺杂多孔RuO₂阳极的制备方法，步骤如下：以金属钛板为阳极，不锈钢板为阴极，在0.005‑0.05mol/L RuCl₃、0.1mol/L HCl和0.5‑8g/L石墨烯溶液中，于1000‑3000A/m²电流密度下，在氧气泡析出过程中，共电沉积石墨烯掺杂多孔RuO₂，电沉积2‑3小时，溶液pH为2‑3，在100‑400℃下退火处理0.5‑3小时。本发明的特点是直接低温电沉积制备石墨烯掺杂多孔RuO₂阳极，不需多次的高温煅烧，过程简单。多孔阳极具有大的活性比表面积，同时石墨烯的掺杂可以改善RuO₂的导电性，将具有优异的催化活性。

技术领域

本发明属于工业电化学领域，具体涉及一种多孔二氧化钌-石墨烯复合阳极的制备方法。

背景技术

钛基RuO₂涂层由于具有析氯活性高、稳定性好等优点，是氯碱电解工业不可或缺的高效析氯阳极，已获得广泛的应用。目前RuO₂涂层的制备过程是，首先将Ru盐刷涂于钛基板上，然后在高温条件下进行烧结，上述过程进行多次反复操作，从而获得钛基RuO₂涂层阳极。可见，钛基RuO₂阳极需要反复多次高温操作，制备周期长，能耗高。同时，RuO₂作为氧化物导电性差，不利于催化活性的进一步提高。因此，开发钛基RuO₂涂层低温制备方法及其催化活性的提升技术，具有重要的意义。

众所周知，电催化材料的催化活性与其有效比表面积密切相关，比表面积越大，活性电位越多，电解过程电极上的真实电流密度越小。根据Tafel公式，反应过电位将显著降低，从而导致电解槽电压减小，实现电解过程节能降耗。另一方面，通过向金属氧化物电极材料中引入导电性好的材料，可显著增大材料的电导率，从而降低欧姆电压降，同样可以达到节能的效果。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种石墨烯掺杂多孔RuO₂阳极制备方法，在室温、大电流密度下阳极电沉积多孔结构的二氧化钌-石墨烯复合薄膜，并进行低温退火处理，从而获得高活性RuO₂惰性阳极。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种石墨烯掺杂多孔RuO₂阳极的制备方法，包括以下步骤：

以金属钛板为阳极，不锈钢板为阴极，在0.005-0.05mol/L RuCl₃、0.1-0.5 mol/LHCl和0.5-8g/L的石墨烯溶液中，调节溶液pH为2-3，于1000-3000A/m²电流密度下，在氧气泡析出过程中，电沉积2-3小时，获得共电沉积石墨烯掺杂多孔RuO₂，并进一步在100-400℃下退火处理0.5-2小时。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优化的方案：

所述RuCl₃的浓度优选为0.008-0.02mol/L。

所述石墨烯浓度优选为2-6g/L。

所述电流密度优选为1500-2500A/m²。

所述退火温度优选为150-300℃。

所述退火时间优选为1-2小时。

本发明的有益效果是，一种石墨烯掺杂多孔RuO₂阳极制备方法，采用室温阳极电沉积的方法，避免了现有工艺中多次高温煅烧过程，周期短，能耗低。 RuO₂阳极呈多孔结构，比表面积大，同时石墨烯掺杂可改善RuO₂的导电性，因此具有高的催化活性，有望降低氯碱电解槽电压和能耗。