[发明专利]一种钛基TiNx/TiO2-RuO2涂层阳极

说明书

技术领域

本发明属于电化学行业中不溶性阳极制备技术领域，具体涉及一种钛基TiNx/TiO₂-RuO₂涂层阳极。

背景技术

阳极是电化学工业中关键的部件，一般分为可溶性阳极和不溶性阳极。其中可溶性阳极最早应用是石墨阳极和铅阳极。阳极按照析出的气体不同，又可分为析氯阳极和析氧阳极。石墨阳极属于析氯阳极，铅合金阳极属于析氧阳极。

随着工业和科学技术的不断发展，传统的阳极材料越来越表现出其局限性。如石墨阳极的耐蚀性不是很理想、强度也不高；铂阳极的电催化性能不好，价格昂贵。这就促使人们研究开发电催化性能更高、服役寿命更长的阳极。

钛基氧化物涂层不溶性阳极的出现给电化学工业的发展带来了飞跃式的发展。而随着工业应用的迅猛发展，目前，Ti/TiO₂-RuO₂涂层阳极广泛应用于氯碱工业、电镀工业、工业废水处理、光催化等领域。

然而，在高过电位下，电解液通过涂层中的微裂纹与基体接触，因而Ti基体表面易氧化生成导电性差且疏松的TiO₂层，使得槽电压在几个小时内急剧升高并造成涂层剥落，尤其在过电位较高的析氧环境下对阳极的要求更为苛刻。因而实际使用中还需对Ti基氧化物涂层阳极进行改进以提高其电催化活性、服役寿命和稳定性。一般来说，Ti阳极的失效或失活主要有两种形式，其一是涂层脱落，其主要原因被认为是涂层结合力不牢，还有认为是由于氧原子弱化了基体和涂层间的结合力所致；另一种失效形式是钝化，其机理可用活性中心消失论和基体氧化论加以解释，可以描述为Ti在制备的加热过程中和在电解质中进行电化学催化时发生氧化，生成较为疏松并且导电性差的稳定的TiO₂层。因此如何推迟钛基体氧化、钝化，如何增强涂层组织及其与基体的结合力是目前针对氧化物涂层阳极获得稳定电催化活性和长寿命的研究重点。

发明内容

本发明目的在于提供一种钛基TiNx/TiO₂-RuO₂涂层阳极，该阳极中对于钛基基体表面进行了氮化处理，从而在钛基与TiO₂-RuO₂涂层间形成中间层TiNx，该中间层可有效阻止高电位下钛基氧化或钝化现象发生；同时该阳极中TiO₂-RuO₂涂层采用热分解法制备而成。

本发明所采取的技术方案如下。

一种钛基TiNx/ TiO₂-RuO₂涂层阳极，包括位于内部的钛基，位于中间的TiNx中间层，位于外部的TiO₂-RuO₂涂层；

所述TiNx中间层通过将钛基进行离子渗氮处理制得；

所述TiO₂-RuO₂涂层通过热分解法制备获得。

所述钛基TiNx/ TiO₂-RuO₂涂层阳极，Ru与Ti的摩尔比为3：7，TiO₂-RuO₂涂层包括10层。

所述钛基TiNx/ TiO₂-RuO₂涂层阳极，TiNx中间层厚度为50~200μm。

所述钛基TiNx/ TiO₂-RuO₂涂层阳极的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）基体处理，将钛基体进行喷砂处理，具体为，在0.2~0.5MPa的压力下使用40~100目的棕刚玉砂进行喷砂处理；例如0.5MPa压力下100目、0.4MPa压力下80目、0.3MPa压力下60目、0.2MPa压力下40目等；

（2）酸蚀，将步骤（1）中喷砂处理后基体用自来水反复清洗干净后，浸泡在丙酮中用超声清洗除去表面的砂粒和油污，处理干净的钛基在酸性溶液酸蚀，然后用去离子水冲洗干净保存在乙醇中备用；使用前烘干即可；

所述酸性溶液为质量分数为10%的草酸溶液，酸蚀为钛基在90~97℃微沸的草酸溶液中浸蚀1h；

（3）氮化处理，所述氮化处理采用离子渗氮方法对步骤（2）中酸蚀后钛基进行氮化处理，制备TiNx中间层，具体如，采用南京晨光集团特种工艺分公司的Ls-450型辉光离子渗金属真空炉对钛基进行离子渗氮处理，