电极材料和膜材料

2、DSA阳极的组成、结构及导电性能
DSA阳极结构： （1）氧化物和电解液的宏观界面。 （2）氧化物和电解液的微观界面。由于电解液渗 入涂层微孔和晶粒间形成的。 （3）氧化物和基体之间的界面。决定电极的稳定 性。
2、DSA阳极的组成、结构及导电性能
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2、DSA阳极的组成、结构及导电性能
一、金属阳极（DSA)
③Beer在50年代提出了钛极镀铂阳极的专利，然 而因铂损耗大且昂贵，未能推广应用。
④60年代中叶，Beer研究出了“金属阳极”，并 实现商品化生产，在氯碱工业中迅速推广，wenku.baidu.com乎 取代了石墨阳极，被称为“现代电催化中最辉煌 的成就”。
金属阳极（形稳阳极）：以钛为基体，以RuO2和 TiO2为电催化剂基本组分的金属氧化物电极。
四、碳和石墨在工业电解中的应用
1、在氯碱工业和无机电合成中的应用 阳极析氯：析氯过电位低、导电好、易加工、价 廉。 阳极析氧：由于阳极析氧产生的石墨氧化及由于 机械强度差产生的损耗，使极距增大、槽压升高， 且堵塞隔膜，因而必须定期（6－8个月）更换石墨 阳极和隔膜。
2、碳和石墨在有机电合成中的应用
利用碳材料高的比表面、良好的渗透性及价廉 易得的优点，可在水处理中作为电解沉积、离子 交换及电吸附的电极材料，回收其中的金属离子、 除盐及净水。
如：采用多孔的碳和石墨电极，以电解方法，可 将Cu2+从浓度很低（10-2～10-4mol/L)的污水中回收， 使其浓度下降为1％或更低。
4、碳和石墨在熔盐电解中的应用
阳极材料：在以阳极氧化制取产品时，电极的溶解 成为严重问题，性能稳定的玻璃碳电极在有机电合 成中得到成功的应用，可取代铂电极。
阴极材料：由于碳和石墨表面析氢过电位较高，在以 阴极还原反应形成产物的电解合成中，是合适的阴 极材料，可获得较高的产率及电流效率。
碳和石墨在有机电合成中的应用
3、碳和石墨在水处理中的应用
过渡金属氧化物具有良好的电催化活性，按其结 构可分为三类： 金红石型氧化物、尖晶石型氧化物、钙钛矿型氧化物
电催化剂基体的基本要求： 良好的电子导电性；稳定耐蚀。
一、金属阳极（DSA)
金属阳极的发展： 广义的金属阳极，根据电催化剂的组成，分为：
铂系、非铂系。 ①铂对析氯反应具有良好的电催化活性，但价格 昂贵，仅在19世纪人造石墨出现前有所应用。 ② 1913年，Stevens提出在钨表面镀铂的阳极， 但性能欠佳，未能应用。
石墨阳极：熔盐电解制取镁、钠、锂等金属 碳阳极：铝电解
预焙式电解槽：碳阳极 自熔式电解槽：碳阳极糊，在槽外配置好后， 插入电槽，利用电槽的高温烧结成型。 石墨阳极和碳电极在电解时发生阳极氧化，生 成属于消耗性的活性阳极。
2－2 金属氧化物电极
金属氧化物电极：将具有电催化活性的金属氧化 物附载于基体表面。
（3）由于析氯过电位低，可提高电流密度，即生产 强度，使电化学反应器的时空产率大为提高。
2、DSA阳极的组成、结构及导电性能
阳极组成：基体、涂层。
涂层组分：RuO2、TiO2。 RuO2作为析氯反应的电催化剂，具有优良的
电催化活性，而TiO2与RuO2具有相似的晶体结构， 形成金红石型固溶体，并可与钛基体表面的TiO2 固溶，既可使活性组分Ru以稳定形式存在，又可 使涂层与基体具有牢固的结合力。
除与强氧化性酸(如浓硫酸、浓硝酸、王水)及盐 作用外，在一般的电解液中是稳定的。
电化学性质：
阳极材料(影响其阳极腐蚀的因素)：溶液的浓度、 PH值、碳材料的特点 酸性溶液：电化学氧化造成电极的损耗，不仅使外 层碳原子生成CO和CO2，且可造成石墨膨胀、剥离 碱性溶液：碳材料的腐蚀较弱。 阴极材料：不致发生电化学腐蚀，研究焦点：电 催化活性。
碳和石墨在电化学应用中具有的优缺点：
优点： （1）导电及导热性能好。 （2）具有较好的耐蚀性。 （3）易加工为各种形态及不同形状的电极。 （4）价廉、易得。 缺点：
机械强度较低、易磨损，可在一定条件下氧 化损耗。
一、碳和石墨的结构
碳的典型形态： 等轴晶系的金钢石、六方晶形的石墨、非晶
体的无定形碳。
工序：
钛基体的预处理、配制涂液、涂覆、热分解氧
化等。 获得清洁而
粗糙的表面
交错进行
DSA电极制备工艺中的技术关键：
（1）涂层的成份：主要催化活化组分的选择及用量 如：对于析氯反应为主反应的氯碱工业、氯酸盐， 次氯酸钠电解合成，主要电催化剂为RuO2，一般Ru 的用量应达到8～12g/m2。 DSA电极的失活，与Ru的溶解有关，提高Ru的含量 有利于延长电极的寿命； Ru含量过高，不仅使电极成本上升，且使涂层过厚， 与钛基体结合力变差。
DSA 阳极的导电性能：
RUO2导电率很高（104s•cm-1） TiO2几乎绝缘（10-13s•cm-1）
介于金属与半导体之间，DSA阳极的电导率不 仅与其化学组成有关，还与膜的微观结构、厚度、
致密程度等多种因素有关。
3、DSA电极的制备
热分解氧化法：
将含有电催化剂及其它组分的涂液涂覆在钛基 体表面，经高温热分解氧化，得TiO2和RuO2涂层
碳和石墨的结构： 碳和石墨制品压制、烧结后，内部存在大量微
孔，工业上常用孔隙率、假密度、真密度表征这 一结构特点。
石墨的晶格结构：
二、碳和石墨的机械物理性质
机械物理性质：电阻率、机械强度。
三、碳和石墨的化学性质和电化学性质
化学性质： 比较稳定，在常温下与各种气体不发生化学反应。
明显氧化反应：无定形碳，350℃。石墨，450℃。 反应速度与碳材料的结构、气体压力有关。
Ru含量愈大，催化 活性愈高，过电位 愈低。
涂层中Ru含量对析氯过电位的影响
DSA电极制备工艺中的技术关键：
（2）氧化温度 氧化温度影响涂层结构、成分和性能，目前一般采用 430～450℃，可得到金红石型的RuO2和TiO2固溶体，其 寿命长、活性高。 ①温度过低，氧化不完全，结合力差； ②温度提高，涂层中氧含量增加，电阻率降低，与基底结 合力改善了； ③温度过高，电极比表面降低，甚至固溶体分解，涂层与 基体结合力变差，电极寿命缩短。
1、DSA的特点（用于氯化物介质中析氯电极反应）
（1）电催化活性高，使析Cl2过电位明显降低，从而 减小了槽压和能耗。 i=1550A/m2，石墨阳极析氯过电位
330mv，DSA20~30mv
（2）在氯化物介质中耐蚀，工作寿命长，电极尺寸稳 定，电极间距不变，槽压稳定，有利于电解槽长期 稳定工作。