一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极，由纯钛基体、连接层、过渡层和催化层组成；连接层化学组成为Ir

【技术实现步骤摘要】
一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极及其制备方法
：本专利技术涉及铱锡氧化物电极
，具体涉及一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极及其制备方法。
技术介绍
：铱锡氧化物电极是一种钛基表面涂覆铱锡氧化物的不溶性电极，具有电催化活性高和化学稳定性高等优点，在电镀、电解和金属回收等领域具有较大应用价值，受到学术界和工业界的广泛关注。最初的铱锡氧化物涂层是均质的，直接施涂在钛基体上。研究表明，铱锡氧化物电极的失效部分归因于钛基体的钝化。为延长铱锡氧化物电极的使用寿命，一般在钛基表面施镀(涂)Pt层、SnO2-Sb2O3层等。在中等电流密度下，Pt层、SnO2-Sb2O3层等防钝化层可显著延长金属氧化物电极的寿命，但在高工作电流密度下，含Pt层或SnO2-Sb2O3等的电极稳定性较差，使用寿命较短。因此，有必要研究一种高稳定性长寿命的复合金属氧化物电极。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极及其制备方法，得到的电极稳定性好，使用寿命长，解决了现有技术电极稳定性较差，使用寿命较短的问题。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极，由纯钛基体、连接层、过渡层和催化层组成；所述的连接层化学组成为IrxSn0.9-xTi0.1O2，其中0＜x≤0.1，厚度为1～3μm；所述的过渡层化学组成为IrySn1-yO2，其中0.1＜y≤0.2，厚度为1～4μm；所述的催化层化学组成为IrzSn1-zO2，其中0.2＜z≤0.4，厚度为8～15μm。连接层的作用是连接钛基体与过渡层，保护钛基体，延缓其钝化的发生。在连接层中引入具有搪瓷性能的TiO2，是为了提高钛基与连接层的附着强度。连接层的厚度小于1μm，不能有效保护钛基体，大于3μm则降低与基体的结合力，理想的厚度为1～3μm。过渡层的引入是缓解连接层和催化层界面上热应力，提高氧的扩散障垒，间接改善钛基体的抗钝化性。另外，可改善催化层的表面形态。催化层是电极的活性层，为电化学反应发生的场所。所述的铱锡氧化物梯度复合涂层电极的制备方法包括以下步骤：①用5％～10％(质量分数)的草酸溶液在85～95℃下蚀刻钛材2～4h，水洗后红外干燥得清洁的钛基体；②将连接涂层涂液均匀涂覆在清洁的钛基体上，在100～120℃下固化10～15min，450～500℃下热氧化分解10～15min，空冷，重复涂覆、固化和热氧化分解等上述过程，共涂覆1～3次，最后在450～500℃下热处理0.5h，制得连接涂层；以涂液金属摩尔百分比总量为100％计，所述的连接层涂液配方为：锡前驱体：80％～90％，钛前驱体：10％，余为铱前驱体；溶剂为乙醇和正丁醇，涂液中金属离子浓度为0.1～0.4mol/L，涂液中金属离子浓度大，涂覆次数少；反之则涂覆次数多，操作中灵活使用。③将过渡涂层涂液均匀涂覆在连接涂层上，在100～120℃下固化10～15min，480～520℃下热氧化分解10～15min，重复上述过程，共涂覆1～4次，最后在480～520℃下热处理0.5h，制得过渡涂层；以涂液金属摩尔百分比总量为100％计，所述的过渡涂层涂液配方为：铱前驱体：10％～20％，锡前驱体：80％～90％，溶剂为乙醇和正丁醇，涂液中金属离子浓度为0.2～0.4mol/L；④将催化涂层涂液均匀涂覆过渡涂层上，在100～120℃下固化10～15min，480～520℃下热氧化分解10～15min，空冷，共涂覆8～15次，最后在480～520℃下热处理1h，制得梯度复合涂层电极；以涂液金属摩尔百分比总量为100％计，所述催化涂层涂液配方为铱前驱体：20％～40％，锡前驱体：60％～80％，溶剂为乙醇和正丁醇，涂液中金属离子浓度为0.2～0.4mol/L；涂液浓度大，涂覆次数少；浓度小，涂覆次数多，操作中灵活使用。通常置于大气环境中的钛材表面覆有一层疏松的氧化钛，这种氧化物膜层会影响钛基与后续涂覆涂层的结合力。草酸的作用是去除钛材表面的氧化钛膜层，以得到清洁的基体。所述的铱前驱体为三氯化铱、氯铱酸。所述的锡前驱体为烷氧基锡、醋酸锡。与锡氯化物相比，烷氧基锡、醋酸锡等有机前驱体的沸点较高，挥发减少，锡沉积率得以提高。所述的钛前驱体为三氯化钛、钛酸丁酯。涂覆可以采用刷涂、浸涂和喷涂方式。选用刷涂时，用力适度，纵向和横向刷涂交替进行，以保证涂层的均匀性。采用浸涂时，提拉速度为1～40μm/s。采用喷涂时，进气压力0.2～0.4MPa，喷涂距离20～30cm。考虑到贵金属的利用率和操作简单，优选刷涂方式。固化是在热力的作用下去除有机溶剂，将前驱物附着在钛基体或涂层上。当温度高于120℃时，溶剂挥发过快，会影响涂层的结合力，一般选择100～120℃进行干燥固化。热氧化分解是将前驱体转变为金属氧化物。当温度低于450℃时，金属前驱体氧化分解不彻底。当高于520℃时，钛材会发生严重氧化，因此理想的热处理温度为450～520℃。热处理是消除复合涂层中的内应力，提高钛基、过渡层与催化涂层间的结合力。温度高于520℃时，钛材会发生严重氧化，因此理想的热处理温度为450～520℃。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的铱锡氧化物梯度复合涂层电极涂层结构致密、表面裂缝少而小，通过连接层、过渡层使纯钛基体和催化层的相界面逐渐梯度变化，结合强度更高，化学稳定性高和使用寿命长，解决了现有技术电极稳定性较差，使用寿命较短的问题。其制备方法为清洁方法，易于实现涂层成分的设计，工艺简单，适合规模化生产。附图说明：图1是本专利技术梯度复合涂层电极结构示意图；图2是实施例1得到的梯度复合涂层电极扫描电镜图；图3是实施例2得到的梯度复合涂层电极扫描电镜图；图4是实施例3得到的梯度复合涂层电极扫描电镜图；图5是实施例4得到的梯度复合涂层电极扫描电镜图。具体实施方式：以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。实施例1：一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极，由纯钛基体、连接层、过渡层和催化层组成；所述的连接层化学组成为Ir0.1Sn0.8Ti0.1O2，厚度为2μm；所述的过渡层化学组成为Ir0.2Sn0.8O2，厚度为3μm；所述的催化层化学组成为Ir0.3Sn0.7O2，厚度为10μm。制备方法包括以下步骤：选用纯钛片TA2为基体，用10％(质量分数)的草酸90℃下蚀刻3h，水洗后红外干燥。按铱锡钛金属摩尔比1：8：1，将氯铱酸、烷氧基锡和钛酸丁酯溶于体积比为1：1的乙醇-正丁醇混合溶剂中，得到总金属摩尔浓度为0.20mol/L的涂液。用软毛刷均匀涂刷在钛基体上，接着在110℃下干燥固化10min，然后在450℃下热氧化分解10min，反复进行直到将涂液刷完，最后480℃下热处理0.5h，制得连接涂层。按铱锡金属摩尔比2：8，将氯铱酸和烷氧基锡溶于体积比为1：1的乙醇-正丁醇混合溶剂中，得到总金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极，其特征在于，由纯钛基体、连接层、过渡层和催化层组成；所述的连接层化学组成为Ir

【技术特征摘要】
1.一种铱锡氧化物梯度复合涂层电极，其特征在于，由纯钛基体、连接层、过渡层和催化层组成；所述的连接层化学组成为IrxSn0.9-xTi0.1O2，其中0＜x≤0.1，厚度为1～3μm；所述的过渡层化学组成为IrySn1-yO2，其中0.1＜y≤0.2，厚度为1～4μm；所述的催化层化学组成为IrzSn1-zO2，其中0.2＜z≤0.4，厚度为8～15μm。


2.权利要求1所述铱锡氧化物梯度复合涂层电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①用5％～10％(质量分数)的草酸溶液在85～95℃下蚀刻钛材2～4h，水洗后红外干燥得清洁的钛基体；
②将连接涂层涂液均匀涂覆在清洁的钛基体上，在100～120℃下固化10～15min，450～500℃下热氧化分解10～15min，空冷，重复涂覆、固化和热氧化分解等上述过程，共涂覆1～3次，最后在450～500℃下热处理0.5h，制得连接涂层；以涂液金属摩尔百分比总量为100％计，所述的连接层涂液配方为：锡前驱体：80％～90％，钛前驱体：10％，余为铱前驱体；溶剂为乙醇和正丁醇，涂液中金属离子浓度为0.1～0.4mol/L；
③将过渡涂层涂液均匀涂覆在连接涂层上，在100～120℃下固化10～15min，480～520℃下热氧化分解10～15min，重复上述过程，共涂覆1～4次，最后在480～520℃下热处理0.5h，制得过渡涂层；以涂液金属摩尔百分比总量为100％计，所述的过渡涂层涂液配方为：铱前驱体：10％～20％，锡前驱体：80％～90％，溶剂为乙醇和正丁醇，涂液中金属离子浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋玉思，肖方明，邵彩茹，曹洪杨，
申请(专利权)人：广东省稀有金属研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44