[发明专利]掺硼金刚石/石墨复合电极及制备方法、双电池反应器

说明书

本发明提供了一种掺硼金刚石/石墨复合电极，包括石墨基体以及依次层叠设置于所述石墨基体上的硅碳化合物层和掺硼金刚石层。由于硅碳化合物的热膨胀系数在石墨和掺硼金刚石的热膨胀系数的中间值范围内，因此硅碳化合物作为中间过渡层使得掺硼金刚石/石墨复合电极各层之间的热膨胀系数之差变小。最终降低了热残余应力对膜基结合力的影响，提高了掺硼金刚石/石墨复合电极的膜基结合力。本发明还提供了一种复合电极的制备方法，工艺简单，成本低廉，硅碳化合物层的沉积避免了对腔室的污染，具有很大的工业实用性。

技术领域

本发明属于新型功能薄膜材料技术领域，具体涉及掺硼金刚石/石墨复合电极及制备方法、双电池反应器。

背景技术

电化学高级氧化法在处理高浓度有机废水中因其高能耗、低成本、无二次污染等优点受到学者们的普遍关注。电化学高级氧化技术的关键是寻找合适的电极。而掺硼金刚石/石墨复合电极因其良好的电化学特性、低廉的价格、稳定的化学性质、高析氧过电位等优点，成为了工业化电极的理想选择。但掺硼金刚石和石墨基体之间的结合力是影响复合电极使用寿命的主要因素之一。

目前，有人在掺硼金刚石/石墨复合电极中添加钨碳化合物来降低化学气相沉积制备掺硼金刚石的过程中活性氢离子对衬底石墨的刻蚀作用。但钨碳化合物与掺硼金刚石和石墨的热膨胀系数差别较大，在残余应力的作用下仍然容易导致薄膜脱落。其次，钨源易污染腔室、堵塞管道，破坏设备的正常使用。

发明内容

鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供了一种掺硼金刚石/石墨复合电极及制备方法、双电池反应器，采用硅碳化合物作为过渡层以减小各层的热膨胀系数之差，提高复合电极的膜基结合力。

本发明第一方面提供了一种掺硼金刚石/石墨复合电极，包括石墨基体以及依次层叠设置于所述石墨基体上的硅碳化合物层和掺硼金刚石层。

本发明第一方面提供的一种掺硼金刚石/石墨复合电极，首先，掺硼金刚石层的设置不仅提高了石墨电极的析氧点位，而且还提高了它的抗氧化能力。其次，石墨的热膨胀系数为5.0*10^-6-6.0*10^-6/K，而硅碳化合物的热膨胀系数为3.5*10^-6-4.0*10^-6/K，掺硼金刚石的热膨胀系数为1.0*10^-6-2.0*10^-6/K。由于硅碳化合物的热膨胀系数在石墨和掺硼金刚石的热膨胀系数的中间值范围内，因此硅碳化合物作为中间过渡层使得掺硼金刚石/石墨复合电极各层之间的热膨胀系数之差变小。具体而言，从石墨基体到掺硼金刚石的热膨胀系数均匀过渡，逐渐降低。最终降低了热残余应力对膜基结合力的影响，提高了掺硼金刚石/石墨复合电极的膜基结合力。本发明提供的掺硼金刚石/石墨复合电极具有高膜基结合力，工作寿命长，抗腐蚀性好，优异的电化学特性。

其中，所述硅碳化合物层中还掺杂有金，且所述硅碳化合物层中所述金的质量占比为0.8％-15％。

其中，所述硅碳化合物层的厚度为200nm-1μm。

其中，所述掺硼金刚石层的厚度1μm-5μm。

本发明第二方面提供了一种掺硼金刚石/石墨复合电极的制备方法，包括以下步骤：

取石墨基体，将所述石墨基体进行喷砂处理后，在所述石墨基体表面沉积硅碳化合物层，得到表面具有硅碳化合物层的石墨基体；

对所述表面具有硅碳化合物层的石墨基体进行金刚石植晶操作，再在所述硅碳化合物层表面沉积掺硼金刚石层，得到掺硼金刚石/石墨复合电极。