[发明专利]一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用，所述硼掺杂金刚石电极包括陶瓷衬底以及设置于陶瓷衬底表面的硼掺杂金刚石层，所述硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼含量依次减少的硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石过渡层、硼掺杂金刚石外层。相对于金属材料，陶瓷材料具有更低的热膨胀系数和热稳定性，因此在其表面设置硼掺杂金刚石层，可以具有极佳的结合性能，然而陶瓷材料大多数导电性不足，本发明中在陶瓷衬底表面设置硼含量梯度减少的硼掺杂金刚石层，在与衬底接触的最底层硼含量最高，导电性最强，从而可以赋予陶瓷材料较高的导电性，拓宽陶瓷材料在BDD衬底材料领域的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用，属于电极制备领域。

背景技术

硼掺杂金刚石(BDD)材料凭借其所具备的宽电势窗口，良好的化学稳定性及表面弱吸附性等优势，相比于其他电化学氧化电极(如PbO₂，形稳性电极(DSA)，IrO₂等)对水体内有机污染物具有更高的矿化作用。现有BDD电极材料多以金属或硅片为基体，但是作为BDD电极的衬底材料，却存在一些致命的缺陷。金属基体具有强度高、韧性好、可塑性强的优点，但是作为电极的基体却存在耐腐蚀性差和热膨胀系数高的问题，BDD电极在电化学氧化工艺中用作阳极材料，在降解过程中耐腐蚀性差的金属极容易被腐蚀导致电机的失效。此外，化学气相沉积技术是制备BDD电极最常用和有效的工艺，BDD沉寂时的温度可高达800℃，这就要求其衬底材料和BDD的热膨胀系数接近，若热膨胀系数不匹配的话可能会出现冷却后的BDD薄膜从电极基体脱落的现象，而BDD本身具有极低的热膨胀系数(约1ppm/K)，常见金属的热膨胀系数一般在7-18ppm/K。硅衬底虽然具有上佳的抗腐蚀性，能过耐得住阳极腐蚀，但是其电导率比起金属衬底来说却差了好几个数量级，作为AOPs工艺的阳极材料来说会浪费更多的电能，降低电极效率，且硅片还存在强度低很容易脆裂的特点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种兼具高耐腐蚀性、高导电性的陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极。

本发明的第二的目的在于提供一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石电极包括陶瓷衬底以及设置于陶瓷衬底表面的硼掺杂金刚石层，所述硼掺杂金刚石层中硼含量从下至上逐步减少。

相对于金属材料，陶瓷材料具有更低的热膨胀系数和热稳定性，因此在其表面设置硼掺杂金刚石层，可以具有极佳的结合性能，然而陶瓷材料大多数导电性不足，本发明中在陶瓷衬底表面设置硼含量梯度减少的梯度硼掺杂金刚石层，在与衬底接触的最底层硼含量最高，导电性最强，从而可以赋予陶瓷材料较高的导电性，拓宽陶瓷材料在BDD衬底材料领域的应用范围。

本发明一种陶瓷衬底的高比表面积硼掺杂金刚石电极，所述硼掺杂金刚石层，由下至上，依次包括硼掺杂金刚石底层、硼掺杂金刚石过渡层、硼掺杂金刚石外层，其中硼掺杂金刚石底层中，采用均一硼含量，按原子比计，B/C为46666-60000ppm，硼掺杂金刚石外层中，采用均一硼含量，按原子比计，B/C为26666-40000ppm，而所述硼掺杂金刚石过渡层中的硼含量由下至上线性递减，以硼掺杂金刚石底层的硼含量为最大值按线性递减至硼掺杂金刚石外层的硼含量。

本发明中，提高导电性的底层，采用均一硼含量，以最大限度的保证陶瓷基底的导电性，而硼掺杂金刚石底层中，也采用均一硼含量，以最大限度的保证陶瓷含量的耐腐蚀性，而中间层，采用硼梯度线性递减的方式，这样可以使膜层之间的过渡自然，不容易发生膜层的分离和断裂，提高结合力。