[发明专利]一种高活性Ti/Pr2O3-PbO2修饰电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，涉及一种制备稀土氧化物-三氧化二镨(Pr₂O₃)修饰改性的高催化活性Ti基纳米PbO₂修饰电极材料的制备方法。

背景技术

近年来，被称为绿色合成技术的有机电合成工艺作为一种新型而有效的化学合成方法，日益受到人们的重视。与传统的有机合成法相比，有机电合成借助电子这一最清洁的试剂，避免了其它还原剂或氧化剂的使用，而且可在常温常压下运作，环境友好；还可以借助调节电压和电流(密度)以控制反应的进行，便于整个过程的自动化控制。

有机电化学合成技术是利用电化学原理实现物质和能量转化，电极和电解质之间的界面反应特性是影响电化学反应性能的核心和本质所在。因此，对于有机电化学反应过程，具有高效电催化性能的电极研发、性能优良的电解质的合成以及电极与电解质的匹配优化是新型电化学反应研发中极其重要的关键问题。用清洁的电化学技术实现电有机合成，电极材料的性能是制约其工业化的关键因素，不仅直接影响反应的选择性和反应速率，而且影响过程的能耗，决定着整个有机电合成过程的技术和经济性。

二氧化铅电极具有类似金属的良好导电性，在水溶液体系中具有较好的电催化性能、析氧过电位高、可通过大电流及耐腐蚀性好，很早就作为不溶性阳极在电化学工业中获得应用。最初，二氧化铅电极内没有基体，存在机械加工困难，成品率低，易损坏，制造时间长与成本高等问题。为了改进二氧化铅电极的性能，人们使用抗腐蚀性能强、热膨胀性与二氧化铅接近的金属钛作为基体，利用电沉积技术在其上制备了钛基二氧化铅电极Ti/PbO₂该电极不仅质量轻，而且不易产生因温度变化而引起的电沉积层剥离问题。钛由于具有较强的耐腐蚀性，其热膨胀系数和PbO₂的接近，这样不易产生因温度变化而引起的电沉积层剥离现象所以被广泛地作为PbO₂电极的基体。国内外的专家学者对此进行了大量的研究，这项工作正方兴未艾不断的深入发展。

目前PbO₂电极的研究虽然己取得一些进展，但多处于实验室研究或小规模应用阶段，在稳定性、电催化活性等方面还有待提高，存在的问题具体表现在以下几个方面：表面活性层与基底结合不够牢固作为电极活性层的β-PbO₂是一种多孔性物质，且内应力较大，镀层容易出现裂缝，在电极使用过程中，电解液可能会扩渗到基底表面导致活性层脱落。

PbO₂的溶解PbO₂电极使用后表面会出现密密麻麻的孔洞，棱角消失，是PbO2溶解所致，这不仅会导致电极电催化性能和稳定性的下降，还有可能造成铅污染。

为了提高二氧化铅电极的稳定性、导电性和耐腐蚀性，研究人员开发了由钛基体、底层、中间层和表面层构成的新型二氧化铅电极。底层可以镀银、铅银合金，或涂敷氧化钯、锡锑氧化物等；中间层为不存在畸变的α-PbO₂镀层；表面层为β-PbO₂。α-PbO₂层起缓冲融合的过渡作用，防止β-PbO₂层的剥落。

钛基PbO₂电极具有良好的导电性与降解能力的同时，也存在一些问题，即镀层的晶界缝隙，电解时产生的O₂透过镀层的晶界缝隙氧化钛基体而形成导电性差的TiO₂导致基体钝化，恶化电极性能。

为了克服这种钝化现象，研制了在钛基上先覆盖一层金属或金属氧化物作为底层或中间层的制备方法。使用的金属或金属氧化物包括Pt和Pd的氧化物、Au和Al、Ag合金及Sn，Sb的氧化物，早期主要在钛基体上复合铂族金属及涂敷铂族金属氧化物作电极的底层，从而避免高阳抗TiO₂的形成。

研究和探讨电极材料的制备方法和应用条件，使电极具有特定组成、结构，从而具有良好的稳定性、较长的使用寿命以及良好的电催化活性和反应选择性是值得关注的问题。研制在硫酸介质中使用的阳极材料，对影响阳极材料制备过程、结构和使用性能的因素进行深入的基础研究显得尤其重要。采用稀土氧化物(Pr₂O₃)改善Ti基PbO₂电极的催化性能和电化学性能是从根本上解决目前Ti/PbO₂金属氧化物电极存在的电极失活、电催化性能差等问题是最有发展前景的研究方向。

发明内容