电解电极制造技术

本申请涉及电解电极。水纯化阳极具有在异质结处接触第二半导体的第一半导体。第二半导体包含TiO2并且排除铋和铌。第一半导体包含铱。在某些情况下，阳极包括与第一半导体直接物理接触的集流器。阳极可以被布置在水中，使得第二半导体的至少一个面与水直接物理接触。

【技术实现步骤摘要】
电解电极本申请是申请日为2015年01月28日，申请号为201580003051.2，专利技术名称为“电解电极”的申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2014年7月10日提交并且以其整体并入本文的美国临时专利申请序列第62/023,098号的权益，并且本申请还要求于2014年8月20日提交并且以其整体并入本文的美国临时专利申请序列第62/039,729号的权益。专利
本专利技术涉及电解，并且更具体地涉及用于电解的电极。背景用于在电解质中的有机材料的电解的系统正在被提出。这些系统的实例包括使用电解以纯化废水的废水处理系统。这些系统在与废水各自接触的阳极和阴极之间应用电势。在这些系统中的阳极常常具有接触废水的半导体的层。半导体常常包括在系统的操作期间溶解到废水中的一种或更多种组分。半导体组分的溶解降低阳极的使用寿命。另外，许多阳极纯化水的能力取决于阳极在水中产生反应性氯物质(ReactiveChlorineSpecies)(RCS)的能力。然而，这些阳极通常以对于该技术的商业化是不合意的速率产生反应性氯物质。因此，存在对改进的电解质纯化阳极的需求。概述水纯化阳极具有在异质结(heterojunction)处接触第二半导体的第一半导体。第二半导体包含TiO2并且排除铋和铌。第一半导体包含铱。在某些情况下，阳极包括与第一半导体直接物理接触的集流器。阳极可以被用于纯化具有有机污染物的水的系统。阳极可以被布置在水中，使得第二半导体的至少一个面与水直接物理接触。操作用于电解水的系统的方法包括使阳极与包含有机材料的水接触。该方法还包括将阳极电势(anodicpotential)以足以产生结合至阳极的表面的羟基自由基的水平应用于阳极。在某些情况下，结合至阳极的表面的羟基自由基被物理吸附(physisorb)至阳极的表面。本公开内容提供水纯化系统，所述水纯化系统包括具有在异质结处接触第二半导体的第一半导体的阳极，第二半导体的至少一个面与包含有机材料的水直接接触，第二半导体包含TiO2并且排除铋和铌，并且第一半导体包含铱。在一个实施方案中，第二半导体排除Sb、F、Cl、Sb、Mo、W、Nb、和Ta。在另一个实施方案中，第二半导体排除掺杂剂。在又另一个实施方案中，第二半导体由TiO2组成。在另一个实施方案中，第一半导体与集流器直接接触。在另一个实施方案中，第一半导体包含氧。在另外的实施方案中，第一半导体包含选自由以下组成的组的一种或更多种稳定化元素：Ta、Si、Sn、Ti、Sb、和Zr。在又另一个实施方案中，第一半导体包含钽。在另外的实施方案中，第一半导体由铱、钽、和氧组成。在另一个实施方案中，第一半导体排除铋和铌。在另外的实施方案中，第一半导体排除掺杂剂。在另一个实施方案中，羟基自由基被物理吸附至阳极的至少一个面。本公开内容还提供水纯化阳极，所述水纯化阳极包括在异质结处接触第二半导体的第一半导体，第二半导体的至少一个面与包含有机材料的水直接接触，第二半导体包含TiO2并且排除铋，并且第一半导体包含铱。在一个实施方案中，第二半导体排除Sb、F、Cl、Sb、Mo、W、Nb、和Ta。在另一个实施方案中，第二半导体排除掺杂剂。在又另一个实施方案中，第二半导体由TiO2组成。在还另一个实施方案中，阳极包括与第一半导体直接接触的集流器。本公开内容还提供操作水纯化系统的方法，所述方法包括：使阳极与包含有机材料的水接触；以及向阳极应用足以产生结合至阳极的表面的羟基自由基的阳极电势，阳极包括在异质结处接触第二半导体的第一半导体，第二半导体包含TiO2并且排除铋和铌，并且第一半导体包含铱。在一个实施方案中，第二半导体排除Sb、F、Cl、Sb、Mo、W、Nb、和Ta。在另一个实施方案中，第二半导体排除掺杂剂。附图简述图1图示电解系统，例如连续的水纯化系统。图2是阳极的透视图。图3是阳极的另一个实施方案的横截面。图4图示用于水纯化系统的简化的机制。图5是将公开的阳极与现有阳极的长期化学稳定性比较的图。详细描述如在本说明书和所附权利要求书中所使用，单数形式“一(a)”、“一(an)”、和“该(the)”包括复数指示物，除非内容另外清楚地指示。除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。虽然与本文描述的那些相似或等效的任何方法和材料可以在实践中被用于测试本专利技术，但是合适的材料和方法的特定的实例在本文中被描述。此外，“或”的使用意指“和/或”，除非另外陈述。同样地，“包括(comprise)”、“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(include)”、“包含(includes)”和“包含(including)”是可交换的并且不意图是限制性的。还应理解的是，在多个实施方案的描述使用术语“包括(comprising)”的情况下，本领域技术人员将理解在某些特定的情况下，实施方案可以使用语言“实质上由…组成”或“由…组成”可选择地被描述。本文提及的所有出版物通过引用全部并入本文以用于描述和公开在出版物中描述的方法学的目的，所述方法学可以结合在本文中的描述被使用。上文和在整个文本中讨论的出版物仅是为了在本申请的申请日期之前它们的公开内容而被提供。本文中任何内容都不应当被理解为承认本专利技术人无权由于在先公开而先于这样的公开。用于纯化具有有机材料的水的系统包括用于废水电解系统的阳极。阳极包括在异质结处彼此接触的第一半导体和第二半导体，第二半导体与正被纯化的水相互作用。第二半导体包含TiO2，由TiO2组成，或实质上由TiO2组成并且第一半导体包含氧和铱。阳极具有令人惊讶地高的反应性氯物质(RCS)产生速率。因为许多废水电解系统使用RCS降解有机材料，所以这些阳极高度地适于在这些系统中使用。另外，引入到第二半导体中的掺杂剂可以在阳极的表面处被氧化并且因此可以降低阳极的使用寿命。第二半导体可以排除掺杂剂和/或排除铋和铌。将这些掺杂剂从第二半导体中除去可以增加阳极的使用寿命并且降低阳极的成本。因此，阳极提供延长的使用寿命、降低的成本、和升高的RCS产生速率的可能性。另外，现有水纯化阳极在预涂层半导体层(precoatsemiconductorlayer)和外涂层半导体层(overcoatsemiconductorlayer)之间具有密封层(sealinglayer)。密封层被认为改进外涂层至预涂层的附着并且因此防止水通过在外涂层中的开口与预涂层直接接触。预涂层和电解质之间的直接接触被认为允许电流从预涂层直接地流过水而不是，如对于这些阳极的合适的操作所需要的流过外涂层。本专利技术人已经发现令人惊讶的性能改进的水平可以通过消除密封层来实现。图1图示合适的电解系统例如水纯化系统的实例。该系统包括具有储器(reservoir)的容器10。阳极14和阴极16被定位在储器中，使得阳极14和阴极16彼此交替。阳极14和阴极16是彼此平行的或是彼此大体上平行的。电解质介质(electrolyticmedium)18被定位在储器中，使得阳极14和阴极16与电解质介质18接触。电解质介质18包含一种或更多种电解质并且可以是液体、溶液、悬浮液、或液体和固体的混合物。在一个实例中，电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水纯化系统，包括：阳极，所述阳极具有在异质结处接触第二半导体的第一半导体，所述第二半导体的至少一个面与包含有机材料的水直接接触，所述第二半导体包含TiO2并且排除铋、铌和掺杂剂，并且所述第一半导体包含铱。

【技术特征摘要】
2014.07.10 US 62/023,098;2014.08.20 US 62/039,7291.一种水纯化系统，包括：阳极，所述阳极具有在异质结处接触第二半导体的第一半导体，所述第二半导体的至少一个面与包含有机材料的水直接接触，所述第二半导体包含TiO2并且排除铋、铌和掺杂剂，并且所述第一半导体包含铱。2.如权利要求1所述的系统，其中所述第二半导体排除Sb、F、Cl、Sb、Mo、W、Nb、和Ta。3.如权利要求1所述的系统，其中所述第二半导体由TiO2组成。4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一半导体与集流器直接接触。5.如权利要求1所述的系统，其中所述第一半导体包含氧。6.如权利要求5所述的系统，其中所述第一半导体包含选自由以下组成的组的一种或更多种稳定化元素：Ta、Si、Sn、Ti、Sb、和Zr。7.如权利要求5所述的系统，其中所述第一半导体包含钽。8.如权利要求7所述的系统，其中所述第一半导体由铱、钽、和氧组成。9.如权利要求1所述的系统，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·R·霍夫曼，赵康佑，
申请(专利权)人：加州理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US