[发明专利]电解电极

说明书

本申请涉及电解电极。水纯化阳极具有在异质结处接触第二半导体的第一半导体。第二半导体包含TiO₂并且排除铋和铌。第一半导体包含铱。在某些情况下，阳极包括与第一半导体直接物理接触的集流器。阳极可以被布置在水中，使得第二半导体的至少一个面与水直接物理接触。

本申请是申请日为2015年01月28日，申请号为201580003051.2，发明名称为“电解电极”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年7月10日提交并且以其整体并入本文的美国临时专利申请序列第62/023,098号的权益，并且本申请还要求于2014年8月20日提交并且以其整体并入本文的美国临时专利申请序列第62/039,729号的权益。

发明领域

本发明涉及电解，并且更具体地涉及用于电解的电极。

背景

用于在电解质中的有机材料的电解的系统正在被提出。这些系统的实例包括使用电解以纯化废水的废水处理系统。这些系统在与废水各自接触的阳极和阴极之间应用电势。在这些系统中的阳极常常具有接触废水的半导体的层。半导体常常包括在系统的操作期间溶解到废水中的一种或更多种组分。半导体组分的溶解降低阳极的使用寿命。另外，许多阳极纯化水的能力取决于阳极在水中产生反应性氯物质(Reactive Chlorine Species)(RCS)的能力。然而，这些阳极通常以对于该技术的商业化是不合意的速率产生反应性氯物质。因此，存在对改进的电解质纯化阳极的需求。

概述

水纯化阳极具有在异质结(heterojunction)处接触第二半导体的第一半导体。第二半导体包含TiO₂并且排除铋和铌。第一半导体包含铱。在某些情况下，阳极包括与第一半导体直接物理接触的集流器。

阳极可以被用于纯化具有有机污染物的水的系统。阳极可以被布置在水中，使得第二半导体的至少一个面与水直接物理接触。

操作用于电解水的系统的方法包括使阳极与包含有机材料的水接触。该方法还包括将阳极电势(anodic potential)以足以产生结合至阳极的表面的羟基自由基的水平应用于阳极。在某些情况下，结合至阳极的表面的羟基自由基被物理吸附(physisorb)至阳极的表面。

本公开内容提供水纯化系统，所述水纯化系统包括具有在异质结处接触第二半导体的第一半导体的阳极，第二半导体的至少一个面与包含有机材料的水直接接触，第二半导体包含TiO₂并且排除铋和铌，并且第一半导体包含铱。在一个实施方案中，第二半导体排除Sb、F、Cl、Sb、Mo、W、Nb、和Ta。在另一个实施方案中，第二半导体排除掺杂剂。在又另一个实施方案中，第二半导体由TiO₂组成。在另一个实施方案中，第一半导体与集流器直接接触。在另一个实施方案中，第一半导体包含氧。在另外的实施方案中，第一半导体包含选自由以下组成的组的一种或更多种稳定化元素：Ta、Si、Sn、Ti、Sb、和Zr。在又另一个实施方案中，第一半导体包含钽。在另外的实施方案中，第一半导体由铱、钽、和氧组成。在另一个实施方案中，第一半导体排除铋和铌。在另外的实施方案中，第一半导体排除掺杂剂。在另一个实施方案中，羟基自由基被物理吸附至阳极的至少一个面。

本公开内容还提供水纯化阳极，所述水纯化阳极包括在异质结处接触第二半导体的第一半导体，第二半导体的至少一个面与包含有机材料的水直接接触，第二半导体包含TiO₂并且排除铋，并且第一半导体包含铱。在一个实施方案中，第二半导体排除Sb、F、Cl、Sb、Mo、W、Nb、和Ta。在另一个实施方案中，第二半导体排除掺杂剂。在又另一个实施方案中，第二半导体由TiO₂组成。在还另一个实施方案中，阳极包括与第一半导体直接接触的集流器。