[发明专利]嵌入纳米α-MnO2种子涂层的钛阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于应用电化学工业领域的电极材料领域，更具体涉及一种纳米α-MnO₂种子涂层的钛阳极及其制备方法。

背景技术

最早电化学工业使用的电极材料是人造石墨。1967年贵金属氧化物问世后，石墨电极逐渐被其所代替。目前具有典型意义的贵金属氧化物电极是采用Ru－Ti 氧化物作为活性涂层的钛阳极。为了使电极的性能得以提高，科研人员进行了多方面努力，在近十年来，人们开始认识到，分散活性中心是提高电极材料性能的有效途径，涂层的组织结构改善成为阳极材料的研究热点。本研究小组提出了纳米TiO₂种子涂层的钛阳极及其制备方法，获得中国发明专利（专利号：200810071206.8）。本研究小组在深入研究后发现，嵌入种子的方法制作活性涂层有可能获得明显的效果。这是因为通过将种子嵌入涂层，促使后续涂层的形核、细化晶粒，同时可控制涂层晶粒生长，从而改善活化表层的组织结构。但是不同成分和不同晶型可产生不同的效果。Ru-Mn氧化物涂层钛阳极是制作电化学电解槽和电化学电容器中十分有潜力的电极材料。

发明内容

 本发明的目的是提供一种嵌入纳米α-MnO₂种子涂层的钛阳极及其制备方法，α-MnO₂种子的添加可进一步显著提高钛阳极的活性中心的分布和密度，使钛阳极涂层的活性稳定提高，极化率下降，而且制备方法简单，可操作性强，原料易得，成本低。

本发明的技术方案如下：

一种嵌入纳米α-MnO₂种子涂层的钛阳极，该钛阳极的钛基材表面沉积覆盖有氧化物涂层，涂层中嵌入纳米MnO₂的种子，所述的氧化物涂层是嵌入含纳米α-MnO₂种子的MnO₂钛阳极涂层。

所述的氧化物涂层中含有RuO₂和MnO₂。

所述的氧化物涂层是嵌入含纳米α-MnO₂种子的MnO₂钛阳极涂层，涂层中所嵌入α-MnO₂的种子的摩尔含量为设计涂层中MnO₂总量的10～50%。

所述纳米α-MnO₂种子的制备方法为：将等摩尔量的MnSO₄和K₂S₂O₈溶于水，配成浓度为4-6 mol/L的溶液，加入硫酸调节溶液pH=1-2，将所得溶液于50-70℃保温18-24h；反应完成后，将所得黑色沉淀抽滤，并用去离子水和无水乙醇反复洗涤沉淀，以除去杂质离子；将所得产物于90-110℃干燥4-7h，即得所需纳米α-MnO₂种子；其中α-MnO₂晶型纯度≥80%。

所述的嵌入α-MnO₂种子粒径＜20nm。

该嵌入纳米α-MnO₂种子涂层的钛阳极的制备方法的具体步骤为：

1)钛基处理：将钛基材用清洗剂去酯，去油，酸洗，刻蚀；

2)种子选择：选择嵌入MnO₂种子以α-MnO₂为主的相结构；

3)含种子的活性涂液的配制：摩尔比为10～40∶30～81称取RuCl₃和MnCl₂，溶于乙醇中，配成浓度为5 mol/L的活性溶液；将MnO₂种子按设计涂层中MnO₂总量的10～50%投加，分散于上述活性溶液中配制成含嵌入种子的活性涂液；

4)涂层沉积于钛基材：将含种子的活性涂液涂覆于钛基板上，烘干后在马弗炉中经250～450℃氧化处理10-30min，即得含RuO₂和MnO₂的氧化物涂层；

5)涂层后续热处理：重复步骤4）直至涂液用完，最后在250～450℃下退火0.5-2h，制备成嵌入纳米α-MnO₂种子涂层的钛阳极。