[发明专利]一种多孔钛基碳纳米管增强非晶态金属氧化物涂层电极及制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔钛基碳纳米管增强非晶态金属氧化物涂层电极及制备方法，属于阳极板技术领域。本发明多孔钛基碳纳米管增强非晶态金属氧化物涂层电极，包括从内至外依次设置的多孔钛基体、导电金属氧化中间层和非晶态金属活性层，导电金属氧化中间层为经热分解制备而成的Sn‑Ru‑Ti‑TaO_x层，非晶态金属活性层为经脉冲电沉积和热氧化处理得到的碳纳米管增强Mn‑Mo‑Ni‑ZrOx氧化层。本发明电极具有贵金属用量低、电催化活性高、导电性能好、抗阳极氧化性能强、使用寿命长和生产成本低等特点。

技术领域

本发明涉及一种多孔钛基碳纳米管增强非晶态金属氧化物涂层电极及制备方法，属于电极技术领域。

背景技术

在湿法冶金生产高纯金属产品的过程中，有95％以上的电耗集中在电解槽上，单位电能消耗取决于电流效率和槽电压，节电需要降低槽电压，同时提高电流效率。但电流效率受工艺条件、矿源等因素的影响，使其进一步提高的难度较大；因此降低槽电压是降低电能消耗的主攻方向。槽电压与阳极材料的析氧过电位大小有关。传统工业中采用铅银合金作为阳极，阳极超电压是由氧在阳极上析出所引起的，其值约为0.86V，占阳极总电压的18％左右，是无用电耗的主要根源。电极是湿法冶金工业和电化学工业的重要组成部分，制备高性能长寿命的电极材料对节能减耗极为重要。电极反应的动力学过程、电极的结构形式与使用寿命、生产维护方式等在很大程度上取决于电极的制备材料和功能结构。尤其是在电极的结构设计上，他与电极材料的导电性、电催化活性和使用寿命密切相关，研制性能卓越的新型电极材料能够极大地扩展和深化电极在湿法冶金工业和电化学工业中的应用。

现有技术中碳纤维/α-PbO₂/β-PbO₂/RuO₂-MnO₂的电极以及钛为基体、涂敷有PbO₂或SeO₂的电极，均存在制造成本较高、电极寿命较短且适用范围较窄的问题。

钛基氧化物涂层阳极的失效原因大体可分为两个方面：(1)是活性氧化物的损失，包括化学腐蚀、电化学腐蚀、侵蚀等；(2)是由于钛基体的钝化及形成空隙层的钝化机理，在电极表面形成了高阻值的氧化物层，构成p-n结，包括基体金属的化学损坏、内部析出气体的冲击等。

发明内容

本发明针对现有钛基氧化物涂层阳极的问题，提出了一种多孔钛基碳纳米管增强非晶态金属氧化物涂层电极及制备方法，该电极具有电催化活性又耐电化学溶蚀的氧化物，耐电化学溶蚀又能与具有电催化活性的氧化物形成固溶体的粘结剂，氧化物固溶体与钛基体具有强的粘结力；采用复合碳纳米管增强使电极导电性好、比表面积大且具有良好的强度、弹性和抗疲劳性，非晶态金属氧化物涂层碳纳米管增强Mn-Mo-Ni-ZrOx氧化层，在原子的随机排列中，其长程无序，但具有不规则间隔且短程有序的实体，其长程无序、短程有序的内部结构特征使其碳纳米管增强Mn-Mo-Ni-ZrOx氧化层兼具宏观导电性及表面活性位，极大地提高电极的电催化性能，实现高效催化，相较于晶态结构，碳纳米管增强非晶态Mn-Mo-Ni-ZrOx氧化层具有较低的内能和粘度系数、拥有较大的原子间作用力及比表面积，同时耐腐蚀性强且化学性能稳定。

一种多孔钛基碳纳米管增强非晶态金属氧化物涂层电极，包括从内至外依次设置的多孔钛基体、导电金属氧化中间层和非晶态金属活性层，导电金属氧化中间层为经热分解制备而成的Sn-Ru-Ti-TaO_x层，非晶态金属活性层为经脉冲电沉积和热氧化处理得到的碳纳米管增强Mn-Mo-Ni-ZrOx氧化层；

所述多孔钛基体的孔径为10-100μm，孔深为1-50μm；

所述Sn-Ru-Ti-TaO_x层中Sn、Ru、Ti和Ta的摩尔比为60-80:5-10:1-10:1-5，厚度为50-200μm；

所述碳纳米管增强Mn-Mo-Ni-ZrOx氧化层中Mn、Mo、Ni和Zr的摩尔比为60-80:10-20:5-15:1-5，厚度为200-800μm。