[发明专利]一种钛基氧化铜掺杂锡锑氧化物电极的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种钛基氧化铜掺杂锡锑氧化物电极的制备方法及应用，属于电极材料制备领域。本发明所述的制备氧化铜掺杂锡锑氧化物电极的方法，包括如下步骤：对钛基材进行预处理、超声铜活化、化学沉积锡和锑、煅烧，得到氧化铜掺杂锡锑氧化物电极；其中化学沉积锡和锑采用的A液中含有硫脲、醋酸、磷酸二氢钠、OP‑10、聚乙二醇；B液中硫酸、柠檬酸、锡盐、SbCl₃的质量体积比为90uL：1.5g：0.575g～3.45g：12～48mg；煅烧是在400‑650℃煅烧4‑8h。本发明制备的氧化铜掺杂锡锑氧化物电极具有高析氧电位达到2.13V(vs.SHE)，适用于难降解废水的完全降解，100min可实现20mg/L染料几乎完全降解。

技术领域

本发明涉及一种钛基氧化铜掺杂锡锑氧化物电极的制备方法及应用，属于电极材料制备领域。

背景技术

随着发展中国家工业化的极具加速发展，工业三废大量排放，环保问题逐渐被人类重视起来，工业废水的处理是亟待解决的全球性难题，目前工业废水的处理手段可分为化学方法、物理方法、光催化方法、电催化方法和光电催化方法。其中电催化方法具有设备简单、操作简单、无二次污染、降解彻底等优势。被认为是工业化解决污水问题的重要途径之一。但是目前电催化降解技术仍存在一系列问题，例如催化效率低、寿命不足、制备无法工业化等。用于电催化氧化的阳极大概分3种，一种是碳毡、石墨、掺硼金刚石这类碳阳极；一种为钛基金属氧化物电极如Ti/SnO₂-Sb，Ti/PbO₂，Ti/RuO₂-Ir，Ti/IrO₂-Ta等电极；另一种为Fe板这种自牺牲参与Fenton反应产生羟基自由基的阳极。其中掺硼金刚石电极由于原料较为昂贵，制备要求相对较高目前只能停留在实验室研究阶段不易于工业化应用。而钛基锡锑氧化物电极具有原料价格低廉，析氧电势高，催化性能优异等特征，是极有可能被应用于未来的环境净化中。

目前金属氧化物电极的制备方法有：化学热分解、喷雾热解、溶胶凝胶法、电沉积、还有近年来的物理方法结合制备方法如：CVD、PVD、磁控溅射等。传统方法电极表面会有不同程度的龟裂，严重影响使用寿命。化学沉积具有无死角，低能耗，前驱体制备简单等优势。但是由于钛基底极易被氧化形成一薄层氧化膜，因此钛基表面直接化学沉积活性物质很难完成。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种利用化学沉积后煅烧的方式来制备超薄致密、高分散、高效、表面具有氧化铜掺杂的锡锑氧化物电极，提高了薄膜致密性和电极的降解效率。本发明通过适当的前处理后，采用超声辅助氢氟酸刻蚀与化学置换镀铜在同一体系中进行；再将活化好的阳极浸泡在化学镀锡锑的前驱体溶液中进行化学置换，进而得到锡、锑单质层，实现了双金属共同化学沉积；空气气氛中高温煅烧，表层锡锑部分渗入铜活化层中，得到含铜的钛基锡锑氧化物涂层。超薄氧化物涂层对电极的导电性起到良好的改善，氧化铜的表面掺杂大幅提高了阳极表面的氧气析出电势，进而提高活性氧的产生效率，增强了电催化氧化降解效率。

本发明的第一个目的是提供一种制备氧化铜掺杂锡锑氧化物电极的方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将钛基材在碱溶液中清洗，在酸溶液中刻蚀，得到预处理的钛基材；

(2)超声铜活化：将预处理的钛基材在氢氟酸、铜盐、CTAB的混合溶液中超声处理，得到活化后的钛基材；

(3)化学沉积锡和锑：配制A液和B液，A液中含有硫脲、醋酸、磷酸二氢钠、OP-10、聚乙二醇；B液含有硫酸、柠檬酸、锡盐、SbCl₃；之后将活化之后的钛基材放入A、B液的混合溶液中进行化学沉积；得到化学镀锡、锑单质后的钛基材；

(4)煅烧：将化学镀锡、锑单质后的钛基材进行煅烧，得到氧化铜掺杂锡锑氧化物电极。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中所述的碱溶液是氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液中的一种或两种，其中氢氧化钠的浓度为3～10wt％，碳酸钠的浓度为1～5wt％。