[发明专利]过渡金属掺杂的含钌涂层阳极的制备方法

说明书

本发明提供了一种过渡金属掺杂的含钌涂层催化电极的制备方法，属于氯碱工业技术领域。本发明首先通过加热法制备含RuO₂纳米颗粒的涂液，然后分别加入Cr(NO₃)₃、Mn(NO₃)₂两种常见过渡金属盐溶液，并将混合涂液均匀涂敷于经打磨、超声、蚀刻后的钛片基底上，最后在马弗炉中高温煅烧，即可分别得到钌铬、钌锰两种含钌涂层阳极。通过过渡金属掺杂剂对RuO₂电子结构和化学状态的调节，改变涂层内在的催化活性，得到了具有高析氯催化活性的钌铬和钌锰含钌涂层阳极。

技术领域

本发明属于氯碱工业技术领域，更具体地说，它涉及一种过渡金属掺杂的含钌涂层阳极的制备方法。

背景技术

氯碱工业是非常重要的化学工业之一，其产品氢氧化钠、氯气、氢气不仅可以应用于化学工业本身，还可以广泛应用于轻工业、冶金、石油化学工业等。氯碱工业电解槽中传统的阳极材料为铂金、石墨和铅合金，但是铂金价格昂贵，石墨和铅合金耐腐蚀性差；相比于这些传统的阳极材料，涂层钛电极以高稳定性、高催化活性受到了学者的关注。目前工业上广泛使用的是在钛板上涂敷钌钛氧化物，但仍存在着析氯析氧电位差小、产氯效率低的缺点。因此，如何降低析氯反应过电位、提高电流效率是需要解决的首要问题。

为了提高阳极材料的催化活性，目前的研究主要可分为以下几个方面：在钌钛涂层中掺杂其他元素形成二元或者三元混合氧化物；加入中间层改变电极结构；对基底进行相关改性等。中国发明专利CN 102268688 A公开了“含锡锑中间层的钌钯钴涂层钛电极”，虽然该电极具有较好的稳定性，但是析氯析氧电位差小，产氯效率低。中国发明专利CN103014752 A公开了“一种TiO₂纳米管阵列负载含钌涂层催化剂的制备方法”，该方法在钛片上制备了TiO₂纳米管阵列，尽管高的比表面积增加了催化剂的析氯活性，但是电极的析氯活性和析氧活性是同时增加的，故其析氯电流效率变化不大。

发明内容

本发明的目的是公开一种过渡金属掺杂的含钌涂层阳极的制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明所述的一种过渡金属掺杂的含钌涂层阳极的制备方法，方法步骤包括：

(1)基体预处理

将钛片先后进行粗(500目)、细(2000目)砂纸打磨，以除去钛片表面的氧化膜，并依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声处理10min；配制质量分数为10％的草酸蚀刻液，将超声处理后的钛片在90℃的蚀刻液中蚀刻2h后，最终可得到具有凹凸不平表面的钛片基底；

(2)含钌涂层阳极的制备

将涂液涂敷到步骤(1)处理后的阳极基体表面上，金属氧化物沉积量为0.25～0.75mg/cm²；

将涂覆了阳极涂层液的阳极基体，于100～120℃下干燥15～30min，然后300～400℃烧结20～40min，自然冷却至室温；

为保证活性涂层均匀涂敷到基体材料的表面，采用上述的步骤反复多次进行刷涂、干燥、热氧化，每一次涂刷量均为0.02mL/cm²，直到母液用完；

最后一次涂敷完毕后在300～400℃温度下烧结2～3h得到含钌涂层阳极；

优选的，反复上述步骤2～10次；

所述的阳极涂层液，溶剂为水，包括如下摩尔量的组份：

RuO₂ 0.02～0.03mol/L

掺杂金属盐 0.001～0.003mol/L

所述的掺杂金属盐为铬、锰的硝酸盐；