一种钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛包铝基β‑PbO2‑石墨烯复合电极的制备方法，属于复合电极技术领域。本发明专利技术将石墨烯进行共价键功能化处理，然后再配制共价键功能化纳米石墨烯/硝酸铅‑氟化钠‑硝酸镀液，以预处理圆柱形钛包铝为阳极并使其绕自身轴心进行自旋转，以不锈钢圈为阴极，在阳极极化条件下电镀石墨烯β‑PbO2得到圆柱形钛包铝基β‑PbO2‑石墨烯复合电极。本发明专利技术制备的石墨烯β‑PbO2电极镀层结晶致密、呈灰黑色，厚度100‑200μm，具有较高的电催化活性和耐腐蚀性。

Preparation of a Titanium-coated Aluminum-based Beta-PbO_2-graphene Composite Electrode

The invention discloses a preparation method of a titanium-coated aluminum-based beta lead dioxide graphene composite electrode, which belongs to the technical field of composite electrode. In the present invention, graphene is functionalized by covalent bonds, and then nano graphene/lead nitrate-sodium fluoride-nitric acid plating solution is prepared. The pretreated cylindrical titanium-coated aluminium is used as the anode and rotates around its own axis. The stainless steel ring is used as the cathode and graphene-coated aluminium-based beta-lead dioxide is electroplated under the condition of anodic polarization to obtain cylindrical titanium-coated aluminium-based beta-lead dioxide-graphene complex. Closing electrode. The graphene beta PbO 2 electrode coating prepared by the invention has dense crystallization, gray-black color, 100 200 um thickness, high electrocatalytic activity and corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的制备方法
本专利技术涉及一种钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的制备方法，属于复合电极

技术介绍
在现代冶锌的过程中，关键的问题是能耗和阴极产品的纯度。常用的阳极材料主要有磁性氧化铁、石墨、铅及铅基合金、二氧化铅、铂及铂族金属氧化物、镀铂等，但这些材料分别存在着：制备困难、耐腐蚀性差、机械强度低、电流效率低、能耗大、价格昂贵等缺陷。其中铅及铅基合金、二氧化铅材料的主要问题就是耐腐蚀性差、机械强度低、电流效率低，这些问题导致了该类材料的寿命问题。
技术实现思路
针对现有技术中二氧化铅电极的问题，本专利技术提供一种钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的制备方法，本专利技术将石墨烯进行共价键功能化处理，然后再配制共价键功能化纳米石墨烯/硝酸铅-氟化钠-硝酸镀液，以预处理圆柱形钛包铝为阳极并使其绕自身轴心进行自旋转，以不锈钢圈为阴极，在阳极极化条件下电镀石墨烯β-PbO2得到圆柱形钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极。本专利技术制备的石墨烯β-PbO2电极镀层结晶致密、呈灰黑色，厚度100-200μm，具有较高的机械强度、电催化活性和耐腐蚀性。一种钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的制备方法，具体步骤如下：（1）将石墨烯加入到H2SO4-HNO3-H2O2-高硫酸钾混合酸溶液中，在温度为50~80℃条件下机械搅拌60~120min；然后进行超声剥离60~120min得到纳米石墨烯；（2）将步骤（1）的纳米石墨烯清洗干净，然后加入到硼氢化钠溶液中还原10min以上得到还原纳米石墨烯，将还原纳米石墨烯取出后分散到水中得到还原纳米石墨烯分散液，再匀速将SO3通入到还原纳米石墨烯分散液中进行磺化反应10~30min得到磺化纳米石墨烯；（3）在步骤（2）的磺化纳米石墨烯加入到水合肼-氢碘酸溶液中进行肼还原10~30min，固液分离，然后采用稀盐酸清洗，过滤、透析得到厚度为0.3~0.5nm的共价键功能化纳米石墨烯；（4）配制硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液，然后再将步骤（3）的共价键功能化纳米石墨烯均匀分散在硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液中得到电镀液；（5）圆柱形钛包铝基体经机械打磨、水洗、除油、水洗、活化、水洗的预处理得到预处理钛包铝基，以预处理钛包铝基为阳极，不锈钢圈作为阴极，将步骤（4）的电镀液置于超声波中超声处理30~60min，将预处理钛包铝基竖直于圆形电镀槽中心并绕轴心自旋转，不锈钢圈设置在电镀槽内壁，在温度为25~50℃、阳极电流密度为1~2A/dm2、钛包铝基自旋转速度为50~300r/min、镀液搅拌方向与钛包铝基自旋转相反且镀液搅拌速度与钛包铝基自旋转速度一致的条件下，电镀1~2h得到钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极。所述步骤（1）H2SO4-HNO3-H2O2-高硫酸钾混合酸溶液中H2SO4浓度为9~11mol/L，HNO3浓度为3~5mol/L，H2O2质量分数为10%~30%，高硫酸钾浓度为1~3mol/L。所述步骤（1）石墨烯的厚度为10~15nm，导电性为850~1150S/m，石墨烯与H2SO4-HNO3-H2O2-高硫酸钾混合酸溶液的固液比g:mL为1:(2~5)。所述步骤（2）硼氢化钠溶液浓度为1~5mol/L。所述步骤（2）还原纳米石墨烯分散液的浓度为50~100g/L；SO3气体总通入量为3~5mol/L。所述步骤（3）水合肼-氢碘酸溶液中水合肼的浓度为0.5~2.5g/L，氢碘酸浓度为0.5-2.5g/L；稀盐酸浓度为2~6mol/L。所述步骤（4）硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液中Pb(NO3)2浓度为110~210g/L，NaF浓度为0.1~0.5g/L，HNO3浓度为5~10g/L；共价键功能化纳米石墨烯与硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液的固液比g:L为(5~10):1。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术对于石墨烯的共价键功能化处理进行了优化，得到了更小尺寸，更高导电性和更易溶于水溶液的共价键功能化纳米石墨烯；（2）本专利技术将共价键功能化纳米石墨烯掺杂进酸性体系中的Pb(NO3)2镀液中，发挥石墨烯强大的稳定性能和导电性能等，提高了β-PbO2镀层的机械强度、电催化活性；（3）本专利技术将预处理钛包铝基竖直于圆形电镀槽中心并绕轴心自旋转进行阳极氧化制备二氧化铅石墨烯电极，由于其绕轴心自转尽可能的消除了扩散过程的影响，得到均匀致密的镀层，从而提高了镀层的耐蚀性能和电催化活性。附图说明图1为实施例1钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的电镜图；图2为实施例1钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的能谱分析；图3为实施例1钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的阳极氧化曲线；图4为实施例1钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的电化学阻抗图；图5为实施例2钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的阳极氧化曲线；图6为实施例2钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的阳极氧化曲线；图7为实施例3钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的阳极氧化曲线；图8为实施例3钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的阳极氧化曲线；图9为实施例4钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的阳极氧化曲线；图10为实施例4钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的阳极氧化曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：一种钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的制备方法，具体步骤如下：（1）将石墨烯加入到H2SO4-HNO3-H2O2-高硫酸钾混合酸溶液中，在温度为50℃条件下机械搅拌60min；然后进行超声剥离120min得到纳米石墨烯；其中H2SO4-HNO3-H2O2-高硫酸钾混合酸溶液中H2SO4浓度为9mol/L，HNO3浓度为3mol/L，H2O2质量分数为10%，高硫酸钾浓度为1mol/L；石墨烯的厚度为10~12nm，导电性为850~950S/m，石墨烯与H2SO4-HNO3-H2O2-高硫酸钾混合酸溶液的固液比g:mL为1:5；（2）将步骤（1）的纳米石墨烯清洗干净，然后加入到硼氢化钠溶液中还原15min得到还原纳米石墨烯，将还原纳米石墨烯取出后分散到水中得到还原纳米石墨烯分散液，再匀速将SO3通入到还原纳米石墨烯分散液中进行磺化反应20min得到磺化纳米石墨烯；其中硼氢化钠溶液浓度为1mol/L；还原纳米石墨烯分散液的浓度为50~100g/L；SO3气体总通入量为3mol/L；（3）在步骤（2）的磺化纳米石墨烯加入到水合肼-氢碘酸溶液中进行肼还原20min，固液分离，然后采用稀盐酸清洗，过滤、透析得到厚度为0.3~0.5nm的共价键功能化纳米石墨烯；其中水合肼-氢碘酸溶液中水合肼的浓度为0.5g/L，氢碘酸浓度为0.5g/L；稀盐酸浓度为2mol/L；（4）配制硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液，然后再将步骤（3）的共价键功能化纳米石墨烯均匀分散在硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液中得到电镀液；其中硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液中Pb(NO3)2浓度为110g/L，NaF浓度为0.1g/L，HNO3浓度为5g/L；共价键功能化纳米石墨烯与硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液的固液比g:L为5:1；（5）圆柱形钛包铝基体经机械打磨、水洗、除油、水洗、活化、水洗的预处理得到预处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛包铝基β‑PbO2‑石墨烯复合电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将石墨烯加入到H2SO4‑ HNO3‑ H2O2‑高硫酸钾混合酸溶液中，在温度为50~80℃条件下机械搅拌60~120min；然后进行超声剥离60~120min得到纳米石墨烯；（2）将步骤（1）的纳米石墨烯清洗干净，然后加入到硼氢化钠溶液中还原10min以上得到还原纳米石墨烯，将还原纳米石墨烯取出后分散到水中得到还原纳米石墨烯分散液，再匀速将SO3通入到还原纳米石墨烯分散液中进行磺化反应10~30min得到磺化纳米石墨烯；（3）在步骤（2）的磺化纳米石墨烯加入到水合肼‑氢碘酸溶液中进行肼还原10~30min，固液分离，然后采用稀盐酸清洗，过滤、透析得到厚度为0.3~0.5nm的共价键功能化纳米石墨烯；（4）配制硝酸铅‑氟化钠‑硝酸溶液，然后再将步骤（3）的共价键功能化纳米石墨烯均匀分散在硝酸铅‑氟化钠‑硝酸溶液中得到电镀液；（5）圆柱形钛包铝基体经机械打磨、水洗、除油、水洗、活化、水洗的预处理得到预处理钛包铝基，以预处理钛包铝基为阳极，不锈钢圈作为阴极，将步骤（4）的电镀液置于超声波中超声处理30~60min，将预处理钛包铝基竖直于圆形电镀槽中心并绕轴心自旋转，不锈钢圈设置在电镀槽内壁，在温度为25~50℃、阳极电流密度为1~2A/dm2、钛包铝基自旋转速度为50~300r/min、镀液搅拌方向与钛包铝基自旋转相反且镀液搅拌速度与钛包铝基自旋转速度一致的条件下，电镀1~2h得到钛包铝基β‑PbO2‑石墨烯复合电极。...

【技术特征摘要】
1.一种钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将石墨烯加入到H2SO4-HNO3-H2O2-高硫酸钾混合酸溶液中，在温度为50~80℃条件下机械搅拌60~120min；然后进行超声剥离60~120min得到纳米石墨烯；（2）将步骤（1）的纳米石墨烯清洗干净，然后加入到硼氢化钠溶液中还原10min以上得到还原纳米石墨烯，将还原纳米石墨烯取出后分散到水中得到还原纳米石墨烯分散液，再匀速将SO3通入到还原纳米石墨烯分散液中进行磺化反应10~30min得到磺化纳米石墨烯；（3）在步骤（2）的磺化纳米石墨烯加入到水合肼-氢碘酸溶液中进行肼还原10~30min，固液分离，然后采用稀盐酸清洗，过滤、透析得到厚度为0.3~0.5nm的共价键功能化纳米石墨烯；（4）配制硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液，然后再将步骤（3）的共价键功能化纳米石墨烯均匀分散在硝酸铅-氟化钠-硝酸溶液中得到电镀液；（5）圆柱形钛包铝基体经机械打磨、水洗、除油、水洗、活化、水洗的预处理得到预处理钛包铝基，以预处理钛包铝基为阳极，不锈钢圈作为阴极，将步骤（4）的电镀液置于超声波中超声处理30~60min，将预处理钛包铝基竖直于圆形电镀槽中心并绕轴心自旋转，不锈钢圈设置在电镀槽内壁，在温度为25~50℃、阳极电流密度为1~2A/dm2、钛包铝基自旋转速度为50~300r/min、镀液搅拌方向与钛包铝基自旋转相反且镀液搅拌速度与钛包铝基自旋转速度一致的条件下，电镀1~2h得到钛包铝基β-PbO2-石墨烯复合电极。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈阵，吴丹，余强，朱薇，郑涛，桂来，宋钰珠，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53