【精品】电极材料的研究

电催化氧化技术应用的关键之一在于寻找和研制开发催化活性高、导电性能好的阳极材料。电极材料的选择及设计尤为重要。电极分阳极和阴极，以下分别进行叙述.

阳极可供选择的有以下几种

⒈钛基二氧化铅Ti—PbO

2

⒉铅基二氧化铅Pb—PbO

2

/SPE复合膜电极

⒊PbO

2

聚丙烯滤网电极

⒋PbO

2

⒌DSA电极（钛基涂层）

6.铂基二氧化铅Pt—PbO

2

【1】

⒈钛基二氧化铅Ti—PbO

2

特点：化学性质稳定,可在无机和有机化合物的电解生产[2]、湿法冶金［3］、环境污染控制[4]等领域得到应用.制备简便。

制备方法：主要有高温热氧化法［5］和电沉积法［6］,其中电沉积法由于设备简单、操作方便，所得电极材料致密均匀而成为二氧化铅电极最常用的制备方法.

制备最优工艺条件为：0.2mol/LPb（NO

3)

2

，0.6g/LNaF，pH为2，阴极电流密度3A/dm2,

镀液温度25℃，电镀时间2h。

制备方法：首先将2cm×5cm×1mm的Ti基体用10％的NaOH

热碱液脱脂、水洗后,用20％的草酸水溶液在80℃下蚀刻2h，用去离子水冲洗干

净备用。将c(SnCl

2·2H

2

O）∶c（SbCl

3

）=9∶1溶液加于正丁醇中,加入几滴浓盐

酸防止水解,刷涂在处理好的钛基体上，100℃下烘干15min，反复操作，直至将

涂液全部涂完为止，然后在氧气气氛中500℃热氧化2h。电沉积二氧化铅镀层，

镀液组成为0。2mol/LPb(NO

3

）2，0。6g/LNaF，pH为2。

缺点【7】:由于电镀过程中，镀层不可避免会有一些晶界缝隙,电解时产生的氧气会透过晶界缝隙氧化基体,形成导电性差的氧化钛,钝化基体,致使电极性能趋于

恶化，影响PbO

2

电极的工作稳定性和使用寿命。因此,制备电极的过程中一般先

镀上A-PbO

2

中间层以抑制钝化。此过程增加了电极制作成本和工艺复杂性，难以从根本上解决基体的钝化问题。

⒉铅基二氧化铅Pb-PbO

2

⒊PbO

2

/SPE复合膜电极【7】

将具有催化活性的B—PbO

2

直接涂敷或镀制在SPE（solidpolymerelectrolyte)膜

上制成PbO

2

/SPE复合膜电极是国内外电极研究的热点,它是电化学与膜技术学科交叉发展形成的新领域。

特点:1)高效率.膜片上的催化剂有极大的比表面积(约200m2/g）,且极间距很小(甚至仅等于膜厚）,电化学装置有高的电流密度和较低电压降。

2)电解质简单。单侧有电解质,可消除或大大降低电解质玷污产品的问题，因此副反应少、产品易分离、纯化简单、污染小.

3)易于操作.操作温度既可低于液体电解质冰点,也可高达150e；操作压力可以高达21MPa(取决于SPE指标).

4)催化性能高。选择性的沉积催化剂可加速正反应，抑制副反应.

其他优点还包括,溶剂选择范围宽、电极材料范围宽、简化了反应装置及操作简便等［8]

制备：1）将活性B-PbO

2

与粘合剂混匀后热压在离子膜上;

2）另一种是将B—PbO

2

电沉积在离子膜上(多为美国DuPont公司生产Nafion117膜）.

⒋PbO

2

聚丙烯滤网电极【9】

制备：以具微孔结构的聚丙烯滤网为基材,通过化学镀和电镀PbO

2

工艺，制成多

孔PbO

2

导电膜。经测定，这种膜电极的厚度为0。2mm，孔隙率为40％,平均孔径为26µm,导电率为5.24×102s·m-1.

⒌DSA电极（钛基涂层）【10】

其结构是以耐腐蚀性能强的金属材料（如金、铂、钛、不锈钢等）作基底,并在其表面涂覆一层具有电催化活性的金属氧化物而成。涂层的化学成分以过渡金属

氧化物RuO

2、SnO

2

、TiO

2

、PbO

2

、MnO

2

等为主,再添加部分其他过渡金属氧化物组

合而成，构成一元或多元复合活性氧化物涂层，如RuO

2—TiO

2

、IrO

2

—Ta

2

O

5

、

PbO

2-SnO

2

、MnO

2

-RuO

2

—TiO

2

、RuO

2

—IrO

2

-TiO

2

、RuO

2

—SnO

2

-TiO

2

、RuO

2

—IrO

2

—

TiO

2-PdO、RuO

2

—IrO

2

—TiO

2

-SnO

2

等涂层体系［11、12]

.氧化物涂层是DSA电极的关键部分,DSA电极的电化学催化活性主要来自于氧化物涂层。金属钛是制备DSA电极最常用的基底材料，故DSA电极又常称为钛基活性氧化物涂层电极,或简称为钛基涂层电极。

特点：⒈电催化活性高,对反应的选择性强，因而副反应减少,产物的纯度和质量提高;

⒉工作电压降低，电化学反应过电位低，能耗减少；

⒊制作方法简单，易于操作和涂层的控制;

⒋钛基涂层电极价格低廉，耐腐蚀性强；

⒌钛基涂层电极种类多,不同条件下有较大的选择空间。

制备：氧化物涂层制备技术主要是热分解法。将选用的与目标氧化物相应的前驱体化合物(如金属盐）按一定摩尔配比混合,并溶于一定溶剂中制成涂液，然后均匀涂覆于洁净的钛表面，最后在控制温度（一般为300—600℃下焙烧)分解一定时间即成[11］.为得到不同厚度的活性氧化物涂层,可重复进行多次涂覆和焙烧。同时,利用电化学沉积法或溶胶-凝胶法等制备DSA电极时，通常也需要对制备的氧化物涂层进行后续热处理（一般为100—500℃),以增强涂层内部不同氧化物组分之间的固溶度和氧化物颗粒之间的结合力。

缺点:⒈电极在较高电位下使用，钛基底阳极易被氧化;