[发明专利]一种制备Ti基PbO2形稳阳极的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型电极制备技术领域，具体涉及一种将离子液体作为电积溶液添加剂，不用增设中间层，在较低温度下直接在经过预处理的Ti基材上阳极电沉积β-PbO₂活性层，从而制备Ti/β-PbO₂形稳阳极的新方法。

背景技术

电化学氧化过程去除工业废水中有毒和难降解有机物的关键是具有电催化活性的电极材料。高稳定性、高活性、低成本是人们期望电极材料所具备的性质。PbO₂由于具有良好的导电性和耐蚀性、较高的析氧过电位（1.9V vs.NHE）、较低的成本、很强的氧化能力而成为研究和应用历史最久、也是最为广泛的氧化去除有机物的理想阳极材料之一。这里，PbO₂阳极材料指的是四方晶系结构、导电性高、催化活性高的β-PbO₂，而不是斜方晶系结构、导电性差、催化活性低、稳定性好的α-PbO₂。

目前，β-PbO₂一般通过从酸性硝酸铅电积溶液中以电化学沉积的方式附着在Ti基材表面形成Ti/β-PbO₂形稳阳极(DSA)。为了保证电沉积的效果，电沉积一般在较高的温度（60～80℃）下进行，但这明显增加了电极制备过程的能耗和成本。同时，由于β-PbO₂镀层寿命短、很容易从钛基体表面剥离的特性，人们普遍采用在钛基体和β-PbO₂表面层之间增设中间层SnO₂-Sb₂O₃和/或α-PbO₂的方法，以降低钛基材与表面活性层之间的内应力，增强β-PbO₂镀层与钛基体之间的结合力，但是这些过程都明显增加了电极制作成本和工艺复杂性，难以从根本上解决β-PbO₂镀层工作寿命短、稳定性差的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够实现在较低温度(30～50℃)下进行PbO₂的电沉积、同时省去增设中间层步骤的Ti/β-PbO₂形稳阳极制备方法，以降低电极制备过程的能耗和工艺复杂性，从而节约成本，进一步推动PbO₂阳极材料的工业化应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种制备Ti基β-PbO₂形稳阳极的新方法，包括：

（1）钛板基体的预处理；

（2）以离子液体为添加剂的电沉积法制备β-PbO₂活性层：以经过预处理的钛板为阳极，与阳极面积相等的不锈钢板为阴极，置于添加离子液体的Pb(NO₃)₂混合电积溶液中进行电沉积，之后取出阳极，用蒸馏水冲洗干净，冷风吹干，得到表面致密、均匀、稳定性和活性均较好的Ti/β-PbO₂形稳阳极材料。

所述钛板基体的预处理包括切割打磨、除油碱洗和草酸刻蚀三个环节，处理后钛板表面形成凹凸不平的麻面层，呈灰色，失去金属光泽。

所述离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐。

所述离子液体在Pb(NO₃)₂混合电积溶液中的添加量为5～50mg/L。

所述电沉积温度为30～50℃，电沉积时间为45-80min，使用电流密度为10～20mA/cm²的稳定电流。

所述Pb(NO₃)₂在混合电积溶液中的浓度为0.4～0.6mol/L，混合电积溶液的pH=2。

本发明采用在Pb(NO₃)₂电积溶液中添加适量离子液体1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸盐的方式，通过改变“电极/溶液”界面的性质，提高电沉积的电流效率和改善金属氧化物的电结晶条件，在较低温度(30～50℃)下实现了β-PbO₂在钛板上的电沉积，降低了能耗；同时，制备过程只涉及钛基体的预处理和阳极电沉积β-PbO₂活性层两个步骤，省去了繁琐的中间层制备环节，降低了电极材料制备过程的工艺复杂性，增加了其工业化应用的可行性。