[发明专利]一种钛基二氧化铱复合石墨烯和Mn-Mo氧化物电极及其制备方法

说明书

本发明属于钛基氧化物电极技术领域，具体涉及一种钛基二氧化铱复合石墨烯和Mn‑Mo氧化物电极及其制备方法。具体包括以下步骤：对钛基板预处理；热沉积二氧化铱底层；配制电沉积液；以钛基二氧化铱为电极阳极电沉积钛基二氧化铱复合石墨烯和Mn‑Mo氧化物电极。本发明制备的电极具有良好电化学性能，通过添加Mo元素提高了电极的稳定性跟使用寿命，整个过程工艺简单可靠，易于大批量生产。

技术领域

本发明属于钛基氧化物电极技术领域，具体涉及一种钛基二氧化铱复合石墨烯和Mn-Mo氧化物电极及其制备方法。

背景技术

工业循环水多次使用后，会出现水质变差、微生物及有机物富集等一系列现象，导致管道结垢、换热效率变差甚至管道腐蚀等严重后果。通过电解处理工业循环水，能够杀灭微生物，降解有机物，使水质达到要求。电解过程对电极材料的性能有着极高的要求，在满足高的电化学性能的同时也要保证电极的稳定性以及较高的使用寿命，钛基氧化物电极由于其高催化活性及耐蚀性广泛应用于相关行业。二氧化铱涂层电极是在基体钛材表面涂覆二氧化铱等氧化物而成的一种金属阳极，IrO₂为过氧型结构，这种晶体结构涂层的催化活性不会因氧气的渗入而破坏，具有较高电催化活性和化学稳定性，是目前应用较为广泛的析氧涂层电极。锰元素属于过渡族金属元素，氧化物多为非平衡相且有较多的晶格缺陷，非平衡相缺陷处的原子处于高能量的状态，化学活性很高，但是钛基二氧化锰电极作为阳极在使用的过程中，阳极会失去电子析出氧气，这些氧气会渗透到电极板中，导致二氧化锰涂层中氧气的含量增加，从而在钛基体上生成一层钝化膜。该钝化膜不仅导电性差，提高了阳极电位，增加了能耗，而且还降低了钦基体于二氧化锰活性层的结合力，使得MnO₂容易从基体上脱落，显著降低了电极的使用寿命。研究表明，具有中间层的电极与无中间层的涂层钛电极相比，各项电化学性能都有所提高，所以研究一种综合性能较好的具有中间层钛基氧化物电极材料具有很大的实际意义。

发明内容

本发明提供一种以钛基二氧化铱为基体复合石墨烯及Mn-Mo氧化物电极及其制备方法，与已有技术相比，由于在钛基体上热沉积了二氧化铱底层，并在此基础上电沉积石墨烯和Mn氧化物活性层，使得电极的电化学性能有较大的提高，在保证电极具有较高电化学性能的前提下，通过加入Mo元素，提高了电极的稳定性与使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种钛基二氧化铱复合石墨烯和Mn-Mo氧化物电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)对钛基板进行处理：将钛基体打磨抛光，用去离子水冲洗后，置于丙酮中超声处理3-5分钟，去除油污；然后将除油处理后的钛基体置于去离子水中超声处理3-5分钟，去除丙酮及其它杂质；最后在浓度为100g/L草酸刻蚀液中室温下完成刻蚀处理；

(2)热沉积二氧化铱底层：先配制含Ir⁴⁺的涂液，其组分包括H₂IrCl₆·6H₂O含量0.2-0.6mol/L，正丁醇含量600-700g/L，HCl含量87g/L。然后将涂液涂覆在步骤(1)获得的基板上，在抽风条件下红外灯干燥10分钟，如此涂覆干燥重复 15-20次；然后在氧化气氛马弗炉中500℃焙烧1小时，取出后自然冷却至室温。 (3)配制电沉积液，其组分包括石墨烯含量5-70mg/L，MnSO₄含量为 0.1-0.2mol/L，Na₂MoO₄为2-5g/L，电沉积液用去离子水配制，用浓H₂SO₄调节 pH至0.5；

(4)在二氧化铱底层上通过阳极电沉积法电沉积石墨烯和Mn-Mo氧化物活性层：将步骤(2)获得的钛基板作为阳极，表面积大于钛基板的钛网板作为阴极，两电极平行且间距1cm。使用稳压稳流直流电源，电积层电流密度0.4～0.8A/cm²，电沉积温度85℃，电沉积液搅拌速度为50-150r/min。在上述条件下电沉积1-1.5 小时。