[发明专利]一种SnO2同质纳米晶核壳结构涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SnO₂同质纳米晶核壳结构涂层的制备方法，该方法是先通过将锡盐在含0.1‑1wt％的水的无水乙醇中进行水解，采用水热反应法以形成大小适宜的晶核前驱体，再通过溶胶凝胶法形成锑镍共掺杂的SnO₂涂层，该制备方法可以在钛基底或其它绝缘体上依次涂覆高达50层的厚膜，而基本上未产生龟裂现象。本发明得到的涂层，具有较高的光电性能，能有效提高电极的降解效率以及电极的使用寿命。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种SnO₂同质纳米晶核壳结构涂层及其制备方法。

背景技术

随着社会的高速发展，有机物污染已然成为一个全球性的极其严峻的问题。有机物污染物涉及的领域非常广泛，不仅包括工业(印染、制药、化工)、农业、畜牧业，还包括市政环保，比如垃圾处理、市政水处理、河道水处理等。

有机污染物的成分非常复杂，人们针对不同的废水也研发和发展了各类水处理技术，比如生物法、膜技术、吸附法、沉淀法、焚烧法等，但最为常用的仍是生物分解法，处理成本低，对于多数有机污染物可达到有效降解的目的。但是仍有相当一部分的有机废水具有生物毒性，可生化降解性差，而通过浓缩、焚烧等处理工艺，成本又非常昂贵。

目前研究较多的是通过高级氧化的方式来处理这类难分解、高毒性的有机物，比如光催化、Fenton法、电化学法、臭氧氧化法等，其中臭氧氧化法无化学试剂添加，易于控制，成本相对低廉，不仅可显著增加BOD5/COD数值(增加生化降解性)，还可脱色、除臭，在工业和环保水处理和废气处理等领域应用前景广阔。

臭氧是一种强氧化剂，除了可以氧化分解有机物外，还可有效杀灭各类细菌，在消毒技术中属于高水平消毒法，可杀灭各种微生物、细菌芽孢，包括一切细菌繁殖体、病毒、真菌及其孢子和绝大多数细菌芽孢，和过氧乙酸、过氧化氢相当。臭氧气体杀菌和湿度有关，湿度较低时，杀菌效果差，且高浓度臭氧环境不适宜人类的工作或生活。臭氧水的杀菌效率要远远高于臭氧气体，杀菌无死角，适用于各类使用场景。传统的臭氧水是通过高压电晕法电离空气制得臭氧后再通入水体混合而得，不仅气液混合效率低，且在生成臭氧的同时，会生成危害环境的NO_x，若采用纯氧为原料，成本大幅提高，且无法大众化使用。通过低压电解法直接从水中制取臭氧的技术近年来受到关注并得到重要发展，不仅可有效提高水中的臭氧浓度，也不会产生NO_x气体，臭氧浓度可控，且溶解于水，不易通过气体扩散，可实现人体和臭氧的共处。

低压电解水制取臭氧主要通过高析氧过电位的DSA电极实现，具有高析氧过电位的电极能有效抑制氧气在阳极上的生成。早期的电极涂层有Pt，但其价格昂贵，而铂碳电极在使用过程中易被腐蚀消耗。目前广泛研究的高析氧过电位的涂层材料体系有BDD、PbO₂和SnO₂，其中Ti/BDD电极具有极好的电化学稳定性，但其生产设备昂贵，工艺复杂，成本居高不下；Ti/PbO₂电极存在Pb离子二次污染水体的风险；SnO₂体系的电极相对于PbO₂具有更高的析氧过电位，但其在工业上大面积推广最大的障碍在于电极寿命普遍较短，主要原因是在制备过程中的多次循环“升温-冷却”过程，由于膜层较厚，应力不一致而发生龟裂，在电解工作过程中，氧化气体通过缝隙侵入Ti基底，使Ti表面形成致密TiO₂薄膜而使得电极整体失活。

因此，如何制备高致密的SnO₂基电催化涂层是未来的主要研究方向，目前多数研究均集中在如何通过掺杂元素或调整生产工艺参数来提高膜层致密度，而对于通过改变膜层本身微结构来调节膜应力从而解决由冷热循环因素导致的龟裂问题和电极寿命问题，还未见报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种SnO₂同质纳米晶核壳结构涂层的制备方法，该制备方法有效解决了厚膜制作过程极易出现的龟裂现象，可制成致密度高、微观无缺陷的涂层。