[发明专利]一种表面富含二氧化铱的氧化铜掺杂二氧化铱钛阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到阳极材料的制备方法，尤其涉及一种表面富含二氧化铱的氧化铜掺杂二氧化铱钛阳极及其制备方法。

技术背景

在电化学工业中，其关键技术在电解槽中电极材料的研究与开发，阳极材料的组成和结构决定了其电化学活性和稳定性。在氯碱工业、海水电解以及氧化电解水制备中都对阳极材料要求很高，特别是氧化电解水的制备，因为其氯离子含量很少，阳极不仅存在析氯反应，还存在大量的析氧反应，阳极过电势大，而且其析氯和析氧的电流效率及产率影响着氧化电解水的杀菌活性。所以我们希望其具有低阳极过电位，这样会提高效率，节约能源。目前采用阳极材料多数是用Pt/Ti、Pt-IrO₂/Ti以及Pt-IrO₂-PdO₂/Ti，Pt的价格昂贵且资源有限；少量人使用纯Ti板做阳极材料，其效率很低，且氧化后极容易失去活性。目前在氯碱工业中经常使用Ti基贵金属氧化物阳极，其中具有代表性是二氧化铱涂层电极，但其电催化活性仍不够理想，稳定性也不够。

所以，为了满足氧化电解水制备等高要求电解槽中的应用，提高电化学活性，延长阳极使用寿命，必须对阳极电极材料进行改进。其主要方法有：（1）对基体的改进：主要是通过在基体表面涂覆一层更加稳定的导电层，降低阳极使用过程中钛基体发生的溶解氧化；（2）活性层氧化物的改进：在活性层中引入一些惰性氧化物，提供涂层的化学稳定性；如TiO₂、Ta₂O₅、SiO₂、SnO₂等。（3）制备方法上改进：改进热分解温度及热处理制度等。

发明内容

本发明针对目前现有技术的不足，提供一种表面富含二氧化铱的氧化铜掺杂二氧化铱钛阳极及其制备方法，该阳极的电催化活性和稳定性都得到显著提高。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为:

一种表面富含二氧化铱的氧化铜掺杂二氧化铱钛阳极，所述阳极包括钛基体及形成于所述钛基体表面的氧化铜掺杂二氧化铱涂层。

上述方案中，所述氧化铜掺杂二氧化铱涂层中Cu占的摩尔分数为25-75%。

一种表面富含二氧化铱的氧化铜掺杂二氧化铱钛阳极的制备方法，它包括以下步骤：

1）钛基体的预处理：包括喷砂、除油、超声波酸刻蚀、清洗及烘干；

2）配制涂覆溶液：将CuO的前驱体和IrO₂的前驱体溶于乙醇和异丙醇的混合溶剂中制成前驱体涂覆液，其中前驱体涂覆液中铱离子和铜离子的摩尔比为1-3:1-3，铱离子和铜离子的总摩尔浓度为0.1-0.3mol/L；

3）热分解法制备涂层：利用浸渍提拉法在预处理后的钛板上均匀覆盖上述涂覆溶液，提拉速度2-10cm/min；然后放入干燥箱中，80℃烘干5-10min，直到表面涂覆溶液烘干；再将其放入马弗炉中，在300-500℃下焙烧5-10min，使其表面生产氧化物涂层；从马弗炉中取出后在空气中冷却5-10min；如此涂覆、烘干、焙烧、冷却过程循环多次（优选为10-20次），最后一次在300-500℃下焙烧1-3h，然后自然冷却到室温，得到IrO₂-CuO电极材料；

4）后处理：将上一步制备好的涂层电极放入浓硫酸中浸渍或者放入稀硫酸中进行电化学处理，然后用去离子水冲洗干净，得到表面富含二氧化铱的氧化铜掺杂二氧化铱钛阳极。

上述方案中，所述步骤1）中的超声波酸刻蚀步骤具体是超声波辅助草酸处理钛基体，处理时间为10min-180min，频率为40-80kHz，温度90-100度。

上述方案中，所述步骤2）中CuO的前驱体为CuCl₂、Cu(NO₃)₂、Cu(OH)₂或Cu₂(OH)₂CO₃。

上述方案中，所述步骤2）中IrO₂的前驱体为H₂IrCl₆、IrCl₃、IrCl₄、K₂IrCl₆或Na₂IrCl₆。

上述方案中，所述步骤2）中H₂IrCl₆和CuCl₂的摩尔比为3:1、1:1或1:3。