[发明专利]一种Ti/炭气凝胶/MnO2

说明书

本发明涉及一种Ti/炭气凝胶/MnO₂电极及其制备方法和应用，所述方法如下：S1：对多孔钛基材进行预处理以除去表面油污和氧化膜；S2：将间苯二酚、甲醛和水混合并搅拌均匀，然后加入NaMnO₄，待NaMnO₄溶解后持续搅拌得混合溶液；S3：将S1处理后的多孔钛基材与S2所得混合溶液倒入模具中，调节溶液pH；S4：将S3所述模具置于恒温水浴锅中静置以进行凝胶化，然后再于恒温水浴锅中进行老化，去除模具即得Ti/酚醛树脂/MnO₂湿凝胶；S5：将S4所得Ti/酚醛树脂/MnO₂湿凝胶在表面张力小的有机溶剂中浸渍，干燥后得干气凝胶，然后将所述干凝胶于惰性氛围中炭化，降温即得所述Ti/炭气凝胶/MnO₂电极。本发明提供的制备方法简单、制备得到的电极的使用寿命长且环保无污染。

技术领域

本发明涉及电催化氧化技术领域，具体地，涉及一种Ti/炭气凝胶/MnO₂电极及其制备方法和应用。

背景技术

电化学氧化已在有机废水处理中广泛应用，具有反应条件温和、降解效果好、使用方便等优点，已成为环境领域高效处理难降解有机物的方法之一。

电催化阳极的性能是影响电氧化效率的关键因素之一，近年来，研究者使用各种阳极材料，如铂电极、钛基氧化物电极（Ti/Sn-SbO₂、Ti/PbO₂、Ti/MnO₂）、稀土掺杂氧化物电极、碳纤维电极、硼掺杂金刚石电极（BDD）等。其中，Ti/MnO₂是目前最最有能大规模应用前景的电极之一，这主要是由于MnO₂储量丰富、价格低廉、对环境污染小；而且，锰具有特殊的电子排布（3d⁵4s²），其氧化物有较多处于高能量的非平衡状态，电化学活性高。目前，Ti/MnO₂电极制备方法通常是用涂覆或者电沉积含锰化合物（Mn(NO₃)₂、MnCl₂等），直接把MnO₂负载在钛基体上，但这种方法制备的Ti/MnO₂在电解过程中易产生氧原子扩散至钛基底，导致MnO₂和Ti基底间生成不导电膜，使MnO₂开裂并脱落，造成Ti/MnO₂使用寿命较短。对于以上问题有研究采用锡-锑氧化物（SbO_x+SnO₂）作为中间层（Yan-Hua Shi, et al. Effect ofSbO_x+SnO₂ Intermediate Layer on the Properties of Ti-based MnO₂ Anode[J]. ActaPhysico-ChimicaSinca, 2007, 23(10): 1553-1559.），但SbO_x+SnO₂中间层的制备需要反复的涂覆-干燥-煅烧，制备过程复杂，同时SbO_x+SnO₂中间层的流失也会造成二次污染。因此，现有技术还有待于改进和发展。

炭气凝胶是一种三维网络结构的纳米炭材料，具有高比表面积（可达600~1100m²/g）、高孔隙率（可达80～98%）和高电导率（100 S/m）。因此，炭气凝胶可作为载体、电极材料和吸附剂用在超级电容器、锂离子电池和环保领域。关于炭气凝胶/MnO₂电极的制备报道较少，目前能检索到关于炭气凝胶/MnO₂的专利多是制备纳米颗粒，中国专利CN200810028173公开了一种纳米丝状二氧化锰负载炭气凝胶及其制备方法与应用，其直接把二氧化锰负载在炭气凝胶颗粒上，制备出了丝状炭气凝胶/MnO₂纳米颗粒，并将上述纳米颗粒应用于三维电极和超级电容器中充当电极填料和集流体活性物质。上述方法中，因为炭气凝胶非原位制备，且无模板支撑，制备出的炭气凝胶微孔结构容易坍塌。显然，该方法只能用于制备纳米颗粒，不能直接用于制备大尺寸阳极板材。