專利名稱：表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電化學的電極材料，特別是涉及一種表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦 電極材料及其制造方法。
背景技術：
電化學的應用越來越廣泛，尤其是在電化學工業(如氯堿工業)、冶金工業(如電 解鋁、電解銅、電解錳等)、環保工業等都得到十分廣泛的應用。特別是近些年來，電化學在 廢水處理中得到十分快速的發展。目前，在電化學工業中普遍使用的是石墨電極材料和鉛 合金電極材料，此外，還有鐵電極等，其優點是造價低，但是電流密度小，使用壽命短，且因 電極消耗，有大量的電極成分留在產品中，增加了后處理工藝，增加了成本。為了促進電化 學的更加廣泛的應用，滿足使用的要求，近來已開發出多種新型電極材料，但多為化學電池 電極和電容器電極，而應用于環保領域中的電極材料不多。中國專利02243152. 7公開了一種鈦材電極板，它包括基板，在基板的表面還設有 釕或者銥的涂層。它具有良好的導電性、耐腐蝕性。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電流密度較大，過電位較小，使用壽命較長的表面覆 蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料及其制備方法。本發明所述表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料設有鈦金屬材料基片，在鈦金屬 材料基片上下表面設有納米銠銥覆蓋層，所述鈦金屬材料基片可為片狀鈦金屬材料基片或 網狀鈦金屬材料基片等。本發明所述表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法包括以下步驟1)制備鈦金屬材料基片將厚度為0. 04 4. 99mm的鈦薄板或鈦合金薄板剪切成 長度為2 200cm，寬度為0. 99 200cm的鈦金屬材料基片；2)制備納米銠銥覆蓋層將銠銥鹽溶解于正丁醇與異丙醇混和液中，得銠銥溶 液，然后將其噴涂在鈦金屬材料基片的正反兩面上，烘干后，燒結，使銠銥鹽分解生成納米 銠銥涂層，取出后冷卻至室溫；3)重復步驟2)直至制備納米銠銥覆蓋層10 15層，制得表面覆蓋納米銠銥涂層 的鈦電極材料(Rh02-Ir02/Ti)。所得表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的晶粒尺寸為10 25nm。在步驟1)中，所述鈦合金薄板可為鈦-鋁合金板、鈦-鉬合金板、鈦-硅合金板或 鈦_鐵合金板等；所述鈦薄板或鈦合金薄板剪切，最好剪切后進行堿性除油、水洗、酸洗、二 次水洗、干燥；所述堿性除油，可在溫度為35 45°C的條件下，將剪切后的鈦薄板或鈦合金 薄板在堿性除油液中浸泡30 50s ；所述堿性除油液的組成可為碳酸鈉(Na2CO3) 20g/L和 硅酸鈉(Na2SiO3) 15g/l的水溶液；所述水洗，可將經堿性除油的鈦基板用水漂洗2次，每次 10 15s ；所述酸洗，可將水洗所得的鈦基板于體積比濃度為15% 20%的稀硝酸溶液中浸泡30 45s ；所述二次水洗，可將酸洗后的鈦基板用水漂洗2次，每次10 15s ；所述干 燥，可將經二次水洗所得鈦基板掛于掛具上涼干或置于烘箱中65 110°C烘干。在步驟2)中，所述銠銥鹽可為H2RhCl6或H2IrCl6等；所述烘干的溫度可為75 180°C，烘干的時間可為8 25min ；所述燒結的溫度400 550°C，燒結的時間可為15 25min。所述將銠銥鹽溶解于正丁醇與異丙醇混和液，按體積比，正丁醇異丙醇可為 1 (1 5)；所述銠(Rh)與銥(Ir)的原子比可為6 1，銠(Rh)和銥(Ir)的總金屬濃 度可為0. 1 lmol/L。與現有的鈦電極材料比較，本發明所述表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料具有 如下優點1)導電效果好鈦具有非常好的耐腐蝕性，但單獨作為電極使用，在電解液中的導電效果不理想， 由于銠、銥具有良好的導電性，因此在鈦電極基板上覆蓋納米銠銥涂層，可得到具有優良導 電性能的鈦電極。2)耐腐蝕性強、使用壽命長經試驗，所述表面覆蓋有納米銠銥涂層的鈦電極的使用壽命長達86000 113000h。3)電極價格便宜銠、銥不僅具有良好的耐腐蝕性和導電性，而且具有很好的電催化效果，但價格太 貴，如果單獨用其制作電極，價格勢必很高。而采取以鈦作電極基板，并在其表面覆蓋納米 銠銥涂層的辦法，從而得到價格便宜的鈦電極。4)過電位低、電效率高納米銠銥涂層具有非常強的電催化作用，使電化學反應過電位大大減小，反應快 速成百倍甚至千倍增加，工作電壓更低，能源消耗大幅度減小。如電解凈化海水，其工作電 壓為3. 8 6. 5V，噸水耗電0. 0057度；電解某印染廠經深度處理的印染廢水(COD為300， 濁度為3. 9，色度為4)，2min就可以使廢水中的有色成分完全分解，COD可下降一半以上。
圖1為本發明所述表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料實施例的結構示意圖。
具體實施例方式以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。實施例1如圖1所示，所述表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料實施例設有鈦金屬材料基 片1，在鈦金屬材料基片1上下表面設有納米銠銥覆蓋層2，所述鈦金屬材料基片1可為片 狀鈦金屬材料基片或網狀鈦金屬材料基片等。所述的表面覆蓋有納米銠銥涂層的鈦電極材料由以下步驟制成。1)制備鈦金屬材料基片(1)將厚度為1. 99mm的純鈦薄板剪切成長度為200cm，寬度為190cm的鈦金屬材
料基片。
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(2)堿性除油在溫度為35°C的條件下，將鈦金屬材料基片在碳酸鈉20g/L和硅酸 鈉15g/L的水溶液中浸泡50s。(3)水洗將經堿性除油的鈦金屬材料基片在常溫條件下用自來水漂洗2次，每次 10 15s。(4)酸洗在常溫條件下，將工序(3)水洗所得的鈦金屬材料基片于濃度為15% 20% (體積比)的稀硝酸溶液中浸泡30 45s。(5) 二次水洗將工序(4)酸洗的鈦金屬材料基片在常溫條件下用自來水漂洗2 次，每次10 15s。(6)干燥將經二次水洗所得鈦金屬材料基片掛于掛具上自然涼干或置于烘箱中 65 110°C烘干得鈦基板。2)制備納米銠銥覆蓋層(1)銠銥溶液的制備^H2RhCljnH2IrCl6溶解于正丁醇與異丙醇混和液中，正丁 醇與異丙醇的體積比為5，Rh和Ir的原子比為6:1，Rh+Ir的總金屬濃度為lmol/L。(2)噴涂將工序⑴制備的銠銥溶液均勻地噴涂在片狀或網狀鈦金屬材料基片 的正反兩面上，掛于掛具上置于烘箱中180°C烘干8min。(3)燒結將工序(2)噴涂了銠銥溶液的鈦基板于電爐中550°C燒結15min，使銠 銥鹽分解生成銠銥氧化物涂層，取出后空氣冷卻至室溫，重復以上步驟直至涂覆10層，制 得納米晶銠銥氧化物涂層鈦電極Rh02-Ir02/Ti，晶粒尺寸在10 25nm之間。實施例2與實施例1類似，其區別在于選取厚度為0. 04mm鈦-鋁薄板切割成長度為200cm，寬度為199. 99cm的鈦基板。 堿性除油時，是在碳酸鈉20g/L和硅酸鈉15g/L的水溶液中浸泡50s。制備銠銥溶液時，正丁醇與異丙醇的體積比為1，Rh+Ir的總金屬濃度為0. lmol/L。噴涂時，掛于掛具上置于烘箱中75°C烘干25min。燒結時，將噴涂了銠銥溶液的鈦基板于電爐中400°C燒結25min，重復以上步驟直 至涂覆10層。實施例3與實施例1類似，其區別在于選取厚度為0. 99mm鈦-鋁薄板切割成長度為50cm，寬度為19. 90cm的鈦基板。制備銠銥溶液時，正丁醇與異丙醇的體積比為3，Rh+Ir的總金屬濃度為0. 5mol/L。噴涂時，掛于掛具上置于烘箱中150°C烘干12min。燒結時，將噴涂了銠銥溶液的鈦基板于電爐中520°C燒結18min。實施例4與實施例1類似，其區別在于選取厚度為4. 99mm鈦-鋁薄板切割成長度為50cm，寬度為19. 9cm的鈦基板。制備銠銥溶液時，正丁醇與異丙醇的體積比為5，Rh+Ir的總金屬濃度為0. 3mol/L。燒結時，將噴涂了銠銥溶液的鈦基板于電爐中500°C燒結20min，重復以上步驟直 至涂覆10層。實施例5
與實施例1類似，其區別在于選取厚度為0. 99mm鈦-鋁薄板切割成長度為150cm，寬度為99. 9cm的鈦基板。制備銠銥溶液時，正丁醇與異丙醇的體積比為2，Rh+Ir的總金屬濃度為0. 6mol/L。噴涂時，掛于掛具上置于烘箱中120°C烘干lOmin。燒結時，將噴涂了銠銥溶液的鈦基板于電爐中550°C燒結16min，重復以上步驟直 至涂覆15層。
權利要求
表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料，其特征在于設有鈦金屬材料基片，在鈦金屬材料基片上下表面設有納米銠銥覆蓋層。
2.如權利要求1所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料，其特征在于所述鈦金屬 材料基片為片狀鈦金屬材料基片或網狀鈦金屬材料基片。
3.如權利要求1所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在于 包括以下步驟1)制備鈦金屬材料基片將厚度為0.04 4. 99mm的鈦薄板或鈦合金薄板剪切成長度 為2 200cm，寬度為0. 99 200cm的鈦金屬材料基片；2)制備納米銠銥覆蓋層將銠銥鹽溶解于正丁醇與異丙醇混和液中，得銠銥溶液，然 后將其噴涂在鈦金屬材料基片的正反兩面上，烘干后，燒結，使銠銥鹽分解生成納米銠銥涂 層，取出后冷卻至室溫；3)重復步驟2)直至制備納米銠銥覆蓋層10 15層，制得表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦 電極材料。
4.如權利要求3所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在于 在步驟1)中，所述鈦合金薄板為鈦_鋁合金板、鈦_鉬合金板、鈦-硅合金板或鈦-鐵合金 板。
5.如權利要求3所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在于 在步驟1)中，所述鈦薄板或鈦合金薄板剪切，是剪切后進行堿性除油、水洗、酸洗、二次水 洗、干燥；所述堿性除油，是在溫度為35 45°C的條件下，將剪切后的鈦薄板或鈦合金薄板 在堿性除油液中浸泡30 50s ；所述堿性除油液的組成為碳酸鈉20g/L和硅酸鈉15g/l的 水溶液。
6.如權利要求3所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在于 在步驟1)中，所述水洗，是將經堿性除油的鈦基板用水漂洗2次，每次10 15s ；所述酸洗， 是將水洗所得的鈦基板于體積比濃度為15% 20%的稀硝酸溶液中浸泡30 45s ；所述 二次水洗，是將酸洗后的鈦基板用水漂洗2次，每次10 15s ；所述干燥，是將經二次水洗 所得鈦基板掛于掛具上涼干或置于烘箱中65 110°C烘干。
7.如權利要求3所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在于 在步驟2)中，所述銠銥鹽為H2RhCl6或H2IrCl615
8.如權利要求3所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在于 在步驟2)中，所述烘干的溫度為75 180°C，烘干的時間為8 25min ；所述燒結的溫度 400 550°C，燒結的時間為15 25min。
9.如權利要求3所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在于 在步驟2)中，所述將銠銥鹽溶解于正丁醇與異丙醇混和液，按體積比，正丁醇異丙醇為 1 1 5。
10.如權利要求3所述的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料的制備方法，其特征在 于在步驟2)中，所述銠與銥的原子比為6 1，銠和銥的總金屬濃度為0. 1 lmol/L。
全文摘要
表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料及其制備方法，涉及一種電化學的電極材料。提供一種電流密度較大，過電位較小，使用壽命較長的表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料及其制備方法。鈦電極材料設有鈦金屬材料基片，在基片上下表面設有納米銠銥覆蓋層。將厚度為0.04～4.99mm的鈦薄板或鈦合金薄板剪切成長度為2～200cm，寬度為0.99～200cm的鈦金屬材料基片；將銠銥鹽溶解于正丁醇與異丙醇混和液中，得銠銥溶液，然后將其噴涂在鈦金屬材料基片的正反兩面上，烘干后，燒結，使銠銥鹽分解生成納米銠銥涂層，取出后冷卻至室溫；直至制備納米銠銥覆蓋層10～15層，制得表面覆蓋納米銠銥涂層的鈦電極材料。
文檔編號C23C18/08GK101914781SQ20101021809
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月2日 優先權日2010年7月2日
發明者張世文, 陳立義 申請人:波鷹(廈門)科技有限公司