[发明专利]以多孔钛为基体的钛电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种以多孔钛为基体的钛电极材料及其制备方法。

背景技术

钛阳极是以贵金属氧化物为其反应物质的制品，被广泛应用在氯碱工业、电镀工业、氯酸盐工业、次氯酸钠生产、阴极防护中，近年已开始被应用于水电解、污水处理及有机物合成与电解等领域。它是电化学设备的核心，起着电能转化为化学能的作用，因此电极的好坏直接关系到电化学设备的效率。优良的钛阳极必须具有高活性、高寿命和高选择性。

钛阳极在过去四十多年间对于电催化反应及其稳定性的研究有了一定的进展，目前对钛阳极的研究主要集中在优化涂层组分、改变涂层制备工艺和增加中间层等方法来提高阳极性能。要想在电化学领域获得高性能的电极材料，仅靠提高涂层性能是很难实现的，必须对电极基体自身结构进行改进。对电极材料而言，电化学活性主要依赖于活性中心数量及其分布。高分散的活性中心不仅具有使电极活性提高的作用，而且使得服役的电流分布均匀，电流密度下降，提高耐蚀性。

多孔钛是钛金属的一种新型制品，具有良好的导电性、耐腐蚀性、优越的生物相容性及较高的孔隙率等优点，受到了广泛的研究与应用。粉末冶金多孔钛是以金属粉末为原料经成型、烧结后得到蜂窝结构的多孔钛。作为电极材料基体的多孔钛具有较高的孔隙度，有利于电解质的传输与流通，提高电极催化反应速度；同时多孔钛具有发达的比表面积，有利于活性涂层的分散与均匀，可获得纳米结构的活性涂层，增加了电催化反应的活性质点数量，使得服役的电流分布均匀，降低了电极的电流密度，提高电极的耐蚀性，延长电极的使用寿命。因此，本发明以多孔钛为基体，表面涂覆具有纳米结构的活性涂层，可获得催化活性高、使用寿命长的高性能金属氧化物涂层钛阳极。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种孔隙度高、比表面积大的多孔钛为基体，具有优异的催化活性、良好的传质效果和较长的使用寿命的钛电极材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种以多孔钛为基体的钛电极材料，包括钛基体和钛基体表面涂覆的金属氧化物涂层，其特征在于，所述钛基体为孔隙度为20％～50％的板状、管状、带状或棒状的多孔钛基体，所述金属氧化物涂层具有纳米结构。

上述的以多孔钛为基体的钛电极材料，所述金属氧化物涂层呈纳米晶粒或纳米线的纳米特征形貌，并均匀地分散在多孔钛基体外表面和内表面。

上述的以多孔钛为基体的钛电极材料，所述金属氧化物涂层为贵金属氧化物涂层或非贵金属氧化物涂层。

上述的以多孔钛为基体的钛电极材料，所述贵金属氧化物涂层为铱和钽组成的二元混合金属氧化物涂层，所述非贵金属氧化物涂层为锡和锑组成的二元混合金属氧化物涂层。

本发明还提供了一种工艺简单易行的以多孔钛为基体的钛电极材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)真空烧结制备多孔钛，并对多孔钛进行表面预处理，除去油污及表面的氧化膜，形成麻面的新鲜钛基体；

(2)按普通钛阳极涂液的配方配制金属氧化物涂层涂液，所述金属氧化物涂层涂液为贵金属氧化物涂层涂液或非贵金属氧化物涂层涂液；

(3)将步骤(2)中所述金属氧化物涂层涂液刷涂于步骤(1)中所述麻面的新鲜钛基体上，烘干后于450℃～550℃热分解10min，冷却至室温；

(4)重复步骤(3)至需要的涂层厚度，然后将刷涂金属氧化物涂层涂液后的钛基体在温度为450℃～550℃的条件下热处理0.5h～1h，形成具有纳米结构金属氧化物涂层的钛电极材料。

上述步骤(1)中所述表面预处理的方法为刻蚀法。

上述的以多孔钛为基体的钛电极材料的制备方法，所述刻蚀法中的刻蚀溶液为质量浓度不大于10％的草酸，刻蚀时间不大于1h。

上述步骤(2)中所述贵金属氧化物涂层涂液中铱、钽和有机溶剂的质量比为1∶0.67∶10～50，所述非贵金属氧化物涂层涂液中锡、锑和有机溶剂的质量比为1∶0.3∶10～50。

上述的以多孔钛为基体的钛电极材料的制备方法，所述有机溶剂为正丁醇、异丙醇或乙醇。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明以孔隙度高、比表面积大的粉末冶金多孔钛为基体，采用简单易行的工艺，在多孔钛基体表面涂覆具有纳米结构的金属氧化物涂层，该氧化物涂层不仅均匀地分散在多孔钛基体外表面，也包括多孔钛基体孔内表面。制备的钛电极材料具有优异的催化活性、良好的传质效果和较长的使用寿命，是一种高性能、高活性的涂层钛阳极。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明