一种铂铱氧化物合金电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铂铱氧化物合金钛阳极的制备方法。包括下列步骤：将铂盐与硝酸钠的混合溶液在55-65℃加热搅拌，蒸发结晶、干燥、研磨、焙烧得到混合物，水洗除杂，然后充分湿法研磨、分散在溶剂中得到二氧化铂溶液；将铱盐分散到溶剂中，然后加入上述二氧化铂溶液，用氢氧化钠调节溶液pH值到14，溶解分散，得到涂覆溶液；在钛板上均匀涂覆所述涂覆溶液，烘干，然后400-700℃下焙烧，在空气中冷却得到铂铱氧化物合金电极。制得铂铱氧化物钛阳极电催化材料的晶粒细小，并呈蜂窝状特征；阳极的析氯电催化活性高，而且使用寿命长，更适于氧化电解水的制备，使用成本降低。

【技术实现步骤摘要】
一种铂铱氧化物合金电极的制备方法
本专利技术属于电极材料
，具体涉及一种铂铱氧化物合金钛阳极的制备方法。
技术介绍
在电化学工业中，其关键技术在电解槽中电极材料的研究与开发，阳极材料组成和结构决定了其电化学活性和稳定性。在氯碱工业、海水电解以及氧化电解水制备中，三者都是通过电解氯化钠溶液实现的，但氯化钠溶液浓度却有很大差别，分别为25wt％，2-5wt％和0.05-0.1wt％，如此大的浓度差异造成了电催化反应类型和电解效率的不同，所以对阳极材料要求也会不同。特别是氧化电解水的制备，因为其氯离子含量很少，阳极不仅存在析氯反应，还存在大量的析氧反应，如何调配两者之间的反应选择性，提高析氯反应的电解效率，对氧化电解水的杀菌效率和电极使用寿命都有着至关重要的影响。目前，在氯碱工业中广泛使用的Ru基贵金属氧化物电极，其析氯和析氧电位仅相差100mV，所以当氯离子含量较低时，会产生大量的析氧电流，从而破坏金属氧化物涂层的缺氧固溶体，降低电解效率和使用寿命。与Ru基等金属氧化物电极相比，Ir基金属氧化物的析氯和析氧活性略低于Ru，但其电极的使用寿命会大幅度增加，但仍然很难满足这种特殊条件下实际使用的需要。为了进一步提高其电解效率和使用寿命，可以在活性层中引入一些惰性氧化物，提供化学稳定性；如TiO2、Ta2O5、SiO2、SnO2等。另外，目前还有部分研究者将Pt单质引进到IrO2中提高电极稳定性，但金属Pt是面心立方结构，而IrO2是金红石型结构，所以两者之间共溶性价差，而PtO2和IrO2一样都是金红石型结构，且其具有较高的析氧过电位，如果将PtO2加入到IrO2中，这样可以形成较好的固溶体结构，从而降低电极材料析氧活性，提高析氯选择性，提高电极使用寿命。目前，专门针对制备氧化电解水用阳极电极材料研究很少，其中曾新平等人(同济大学学报(自然科学版)，2011，39(9)：1318-1323)报道了热分解法制备RuO2-SnO2-TiO2电极，研究表明当Ru含量为25％时，其析氯活性最好；但电极强化试验寿命仅为105min，不能满足实际使用要求，文章中也没有报道该电极制备氧化电解水的性能。2012年，曾新平等人(JournalofElectroanalyticalChemistry677–680(2012)133–138)在此基础上又研究了Sn含量对制备氧化电解水电解效率和电极强化寿命的影响，研究表明当Sn含量小于10％时，电解效率较高；含量为5％时，强化试验寿命最长，但也仅为85min，同样不能满足实际使用要求。2013年，重庆大学余浩(重庆大学硕士论文，2013)制备了铂钛电极和钌铱电极，发现钌铱电极制备得到氧化电解水性能要优于铂钛电极。另外，铂钛电极的实际使用寿命达到1800h，而高铱含量的钌铱电极实际使用寿命达到2000h。虽然钌铱电极实际使用寿命高于铂钛电极，但是仍未达到国标GB-28234-2011中对电极材料使用寿命的要求(大于3000h)。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种钛基铂铱氧化物合金钛阳极的制备方法，所得到铂铱氧化物合金电极的电催化活性和稳定性都得到显著提高。为达到上述目的，采用技术方案如下：一种铂铱氧化物合金电极的制备方法，包括下列步骤：1)将铂盐与硝酸钠的混合溶液在55-65℃加热搅拌，蒸发结晶、干燥、研磨、焙烧得到混合物，水洗除杂，然后充分湿法研磨、分散在溶剂中得到二氧化铂溶液；2)将铱盐分散到溶剂中，然后加入上述二氧化铂溶液，使金属离子浓度在0.05-0.3mol·L-1，用氢氧化钠调节溶液pH值到14，溶解分散，得到涂覆溶液；3)在钛板上均匀涂覆所述涂覆溶液，烘干，然后400-700℃下焙烧，在空气中冷却；所述涂覆、烘干、焙烧、冷却过程循环5-20次得到铂铱氧化物合金电极。按上述方案，所述铂盐为H2PtCl6、K2PtCl6、Na2PtCl6、(NH4)2PtCl6、PtCl4、Pt(NH3)2(NO3)2、PtCl2(PhCN)2或PtCl2(P(C6H5)3)2。按上述方案，所述铱盐为Na2IrCl6、K2IrCl6、H2IrCl6、IrCl3、IrCl4、IrI4或Ir(OAC)3。按上述方案，步骤1)中所述铂盐的金属离子在混合溶液中的浓度为0.05-0.3mol·L-1，加入硝酸钠浓度为0.4-2.4mol·L-1。按上述方案，步骤1)和步骤2)中所述溶剂为乙醇、正丁醇、异丙醇、盐酸溶液、硝酸溶液的任意一种或两种的混合。按上述方案，步骤2)中所述溶解分散过程为交替进行超声处理和搅拌处理，每次30min耗时3-10h。按上述方案，步骤1)和步骤3)的焙烧温度为500℃。按上述方案，步骤2)中铂铱摩尔比为1:1。本专利技术有益效果在于：制得铂铱氧化物钛阳极电催化材料的晶粒细小，并呈蜂窝状特征；阳极的析氯电催化活性高，而且使用寿命长，更适于氧化电解水的制备，使用成本降低。附图说明图1：实施例1中不同比例铂铱氧化物合金钛阳极的场发射扫描电子显微镜图；图2：实施例1中不同比例铂铱氧化物合金钛阳极的的X射线衍射图。具体实施方式以下具体实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。本专利技术钛基铂铱氧化物合金电极的制备过程如下：(1)钛基体的预处理：喷砂、除油、超声波酸刻蚀、清洗、烘干；(2)二氧化铂的制备：将铂盐与硝酸钠的混合溶液在55-65℃加热搅拌，蒸发结晶、干燥、研磨、焙烧得到混合物，然后进行充分湿法研磨，分散溶剂中得到二氧化铂溶液；铂盐的金属离子浓度为0.05-0.3mol·L-1，加入硝酸钠浓度为0.4-2.4mol·L-1；所述焙烧过程为500℃下烧结30min。(3)涂覆溶液的配置：将铱盐分散到溶剂中，然后加入上述二氧化铂溶液，使金属离子浓度在0.05-0.3mol·L-1，接着用氢氧化钠调节溶液pH值到14，溶解分散，得到涂覆溶液。(4)在钛板上均匀涂覆所述涂覆溶液，烘干，然后400-700℃下焙烧，在空气中冷却；所述涂覆、烘干、焙烧、冷却过程循环5-20次得到铂铱氧化物合金电极。其中，铂盐可选为H2PtCl6、K2PtCl6、Na2PtCl6、(NH4)2PtCl6、PtCl4、Pt(NH3)2(NO3)2、PtCl2(PhCN)2或PtCl2(P(C6H5)3)2。铱盐可选为Na2IrCl6、K2IrCl6、H2IrCl6、IrCl3、IrCl4、IrI4或Ir(OAC)3。优化地，上述步骤(3)中溶解分散过程为交替进行超声处理和搅拌处理，每次30min耗时3-10h。优化地，步骤4)中焙烧过程优选500℃下焙烧10min。优化地，步骤3)中优选铂铱摩尔比为1:1。实施例1将10cm×5cm的TA1钛板首先经过喷砂处理，然后在超声波作用下用质量分数为10％碳酸钠溶液碱洗10min除油，然后在超声波作用下用去离子水水洗，再用10wt％草酸在96℃下活化40min，最后用去离子水冲洗、晾干，保存在无水乙醇中。将2.590gH2PtCl6溶解在50mL体积比1:1的乙醇和异丙醇溶剂中，使溶液中金属离子浓度为0.1mol·L-1，搅拌均匀。然后向溶液中加入硝酸钠固体3.400g，搅拌并加热至60℃，持续搅拌直到溶剂挥发完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铂铱氧化物合金电极的制备方法，其特征在于包括下列步骤：1)将铂盐与硝酸钠的混合溶液在55‑65℃加热搅拌，蒸发结晶、干燥、研磨、焙烧得到混合物，水洗除杂，然后充分湿法研磨、分散在溶剂中得到二氧化铂溶液；2)将铱盐分散到溶剂中，然后加入上述二氧化铂溶液，使金属离子浓度在0.05‑0.3mol·L‑1，用氢氧化钠调节溶液pH值到14，溶解分散，得到涂覆溶液；3)在钛板上均匀涂覆所述涂覆溶液，烘干，然后400‑700℃下焙烧，在空气中冷却；所述涂覆、烘干、焙烧、冷却过程循环5‑20次得到铂铱氧化物合金电极。

【技术特征摘要】
1.一种铂铱氧化物合金电极的制备方法，其特征在于包括下列步骤：1)将铂盐与硝酸钠的混合溶液在55-65℃加热搅拌，蒸发结晶、干燥、研磨、焙烧得到混合物，水洗除杂，然后充分湿法研磨、分散在溶剂中得到二氧化铂溶液；其中，铂盐的金属离子在混合溶液中的浓度为0.05-0.3mol·L-1，加入硝酸钠浓度为0.4-2.4mol·L-1；2)将铱盐分散到溶剂中，然后加入上述二氧化铂溶液，使金属离子浓度在0.05-0.3mol·L-1，用氢氧化钠调节溶液pH值到14，溶解分散，得到涂覆溶液；3)在钛板上均匀涂覆所述涂覆溶液，烘干，然后400-700℃下焙烧，在空气中冷却；所述涂覆、烘干、焙烧、冷却过程循环5-20次得到铂铱氧化物合金电极。2.如权利要求1所述铂铱氧化物合金电极的制备方法，其特征在于所述铂盐为H2PtCl6、K2PtCl6、Na2PtCl6、(NH4)2PtC...

【专利技术属性】
技术研发人员：任占冬，朱玉婵，张奇，刘晔，吴祯祯，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，武汉丽辉新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42