钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极的制备方法，属于电催化电极制备技术领域。先采用阳极氧化法在钛基体上制备二氧化钛纳米管，提高了钛基体的比表面积，通过电沉积法将锑和锡依次沉积在二氧化钛纳米管中，经过热氧化，使得掺锑二氧化锡与钛基体直接相连的二氧化钛纳米管牢固结合，而且通过电沉积法制备的二氧化锡晶粒分散均匀，电极表面致密、紧凑、无裂缝，克服了传统的刷涂热分解法制备的电极表面产生裂缝的缺陷。用本发明专利技术制备的电极具有析氧电位高，电催化活性高，使用寿命长等优点，并且制备工艺操作易于控制，成本低，设备要求较低，制备的电极能更有效的处理生物难降解的污染物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电催化电极制备
，特别是一种钛基二氧化钛纳米管二氧化锡 电极的制备方法。
技术介绍
电化学氧化法以其高效性，环境兼容性和友好性的特点，引起了人们的广泛关注。 电化学氧化主要以电子为试剂，不需要添加任何化学试剂，避免了由另外添加药剂而引起 的二次污染问题，电化学氧化一般在常温常压下就可进行，是一种节能的环保技术。在电化 学氧化法处理有机废水的过程中，电极不仅起着传输电流的作用，而且还对有机物的降解 起催化作用。因此，电极材料选择的好坏，直接影响着有机物降解效率的高低。在应用电化 学技术时，要考虑的主要影响因素是电极材料的导电性、稳定性和催化性能。近年来钛基二氧化锡电极已引起研究者极大关注。研究发现，钛基Sn02电极因其 析氧电位高，对有机物阳极氧化及废水处理均有很好的电催化作用。但采用传统法制备钛 基Sn02电极存在一系列的问题首先，Sn02涂层表面易出现裂缝，容易造成钛基体的钝化， 其稳定性不好，易脱落；其次，Sn02是半导体，常温电阻很大。这也是早期Sn02电极推广使 用的最大障碍。掺锑钛基Sn02电极在一定程度上克服了烧结能力差的缺陷，导电性有所提 高，但仍没有真正解决电极钝化和失活缺陷的问题。额外掺杂一些特殊的金属或非金属元 素可以被使用在掺锑钛基Sn02电极中来增加其使用寿命，但也可能存在一些限制。例如掺 杂Ir的Ti/Sn02-Sb电极，由于Ir02的低析氧电位会降低电极的工作效率和电化学催化能 力，其能耗也会因析氧反应的产生而增加。由此说明利用传统的刷涂热分解法制备的钛基 二氧化锡电极，存在电极使用寿命低、电极易失活的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，通过 改进其制备方法优化电极性能，有效提高电极寿命和电催化性能。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极的制 备方法，采用阳极氧化、电沉积和热氧化法制得钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极，具体包 括以下步骤第一步采用阳极氧化法在钛基体上制备二氧化钛纳米管将钛片表面打磨光滑，清洗干净后作为阳极，以不锈钢作为阴极，控制直流电压， 在氟化钾、氟化氢和硫酸的电解液中进行阳极氧化，将阳极氧化后的钛基体取出，冲洗干 净，待风干后加热焙烧，制得钛基二氧化钛纳米管；第二步采用电沉积和热氧化法在钛基二氧化钛纳米管上制备二氧化锡涂层将制备了二氧化钛纳米管的钛基体作为阴极，以不锈钢作为阳极，恒定电流密度， 先在三氯化锑和柠檬酸的混合溶液中电沉积锑，然后在四氯化锡和硫酸的混合溶液中电沉 积锡，按此步骤，重复电沉积锑和锡，将电沉积后的钛基体取出，冲洗干净，待风干后加热焙烧，制得钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极。本专利技术与现有技术相比，其显著优点本专利技术采用阳极氧化法在钛基体上制备的 二氧化钛纳米管排列整齐，高度有序，提高了钛基体的比表面积，可以增大催化活性物质的 负载量，通过电沉积法将锑和锡依次沉积在二氧化钛纳米管中，经过热氧化，掺锑二氧化锡 可以与二氧化钛形成良好的固熔体，使得掺锑二氧化锡与钛基体直接相连的二氧化钛纳米 管牢固结合，而且通过电沉积法制备的二氧化锡晶粒分散均勻，电极表面致密、紧凑、无裂 缝，克服了传统的刷涂热分解法制备电极时因溶剂蒸发而使电极表面产生裂缝的缺陷，从 而避免了电解液通过渗透裂缝对钛基体造成的侵蚀，减缓了钛基体的钝化。本专利技术与传统的制备钛基二氧化锡电极的方法相比具有以下优点本专利技术所述的 制备方法操作易于控制，成本低，设备要求较低；改善了二氧化锡电极的表面结构，既可增 加电极的催化活性，又可增加电极的使用寿命；制备的钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极 表面致密无裂缝，涂层不易脱落，其强化寿命是传统刷涂热分解法制备的钛基二氧化锡电 极的15倍以上，极大的提高了电极的稳定性；其析氧电位比传统的钛基二氧化锡电极高出 0. 3V以上，电催化性能有较大的提高。附图说明图1为本专利技术钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极的SEM图。图2为本专利技术钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极的XRD谱图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术，采用阳极氧化、电沉积和 热氧化法制得钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极，具体包括以下步骤第一步采用阳极氧化法在钛基体上制备二氧化钛纳米管将钛片表面打磨光滑，清洗干净后作为阳极，以不锈钢作为阴极，直流电压控制在 20 25V，在氟化钾、氟化氢和硫酸的电解液中进行阳极氧化，电解液为0. 07 0. 08mol/L 氟化钾、0. 07 0. 08mol/L氟化氢和0. 95 1. 05mol/L硫酸的混合溶液，阳极氧化时间为 40 70min，将阳极氧化后的钛基体取出，冲洗干净，待风干后加热焙烧，加热焙烧的温度 为500 550°C，升温速率为1 2V /min，焙烧3 5小时，制得钛基二氧化钛纳米管；第二步采用电沉积和热氧化法在钛基二氧化钛纳米管上制备二氧化锡涂层将制备了二氧化钛纳米管的钛基体作为阴极，以不锈钢作为阳极，恒定电流密度 为2 4mA/cm2，先在三氯化锑和柠檬酸的混合溶液中电沉积锑，然后在四氯化锡和硫酸 的混合溶液中电沉积锡，按此步骤，重复电沉积锑和锡，三氯化锑和柠檬酸的混合溶液的成 分是0. 01 0. 015mol/L三氯化锑和0. 05 0. lmol/L柠檬酸，电沉积锑的时间为0. 5 lmin,四氯化锡和硫酸的混合溶液的成分是0. 1 0. 2mol/L四氯化锡和0. 05 0. lmol/ L硫酸，电沉积锡的时间为25 40min，重复电沉积锑和锡的次数为1 3次，将电沉积后 的钛基体取出，冲洗干净，待风干后加热焙烧，加热焙烧的温度为500 550°C，升温速率为 1 5°C /min，焙烧4 6小时，制得钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极。下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1将钛板切割成尺寸1. OcmX 3. Ocm,用砂纸打磨钛表面直至金属光泽，除去钛基体 表面上的油污，再在18wt% HC1的溶液中适当加热15min除去氧化层，用蒸馏水冲洗后 置于蒸馏水中备用。将处理好的钛板作为阳极，同样大小的不锈钢板作为阴极，电解液为 0. 07mol/L氟化钾、0. 08mol/L氟化氢和0. 95mol/L硫酸的混合溶液，控制电极间距为1cm， 直流电压为20V，阳极氧化60min后，取出样品，用去离子水冲洗，自然风干后放在马弗炉 中，采用程序升温rC/min加热至500°C后焙烧3小时，制得钛基二氧化钛纳米管。将制备 了二氧化钛纳米管的钛基体作为阴极，同样大小的不锈钢作为阳极，控制电流密度为3mA/ cm2,先在0. Olmol/L三氯化锑和0. 05mol/L柠檬酸的混合溶液中电沉积锑lmin，然后在 0. lmol/L四氯化锡和0. 05mol/L硫酸的混合溶液中电沉积锡35min，按此步骤，电沉积锑和 锡1次，将电沉积后的钛基体取出，用蒸馏水冲洗干净，待自然风干后，放在马弗炉中，采用 程序升温1°C /min加热至500°C后氧化焙烧4小时，即制得钛基二氧化钛纳米管二氧化锡 电极(Ti02-NTs/Sn02-Sb)。通过扫描电子显微镜(SEM)对Ti02-NTs/Sn02-Sb电极表面形貌进行表征，见附图 1，可以看出电极表面致密紧凑，无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极的制备方法，其特征在于采用阳极氧化、电沉积和热氧化法制得钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极，具体包括以下步骤：第一步：采用阳极氧化法在钛基体上制备二氧化钛纳米管：将钛片表面打磨光滑，清洗干净后作为阳极，以不锈钢作为阴极，控制直流电压，在氟化钾、氟化氢和硫酸的电解液中进行阳极氧化，将阳极氧化后的钛基体取出，冲洗干净，待风干后加热焙烧，制得钛基二氧化钛纳米管；第二步：采用电沉积和热氧化法在钛基二氧化钛纳米管上制备二氧化锡涂层：将制备了二氧化钛纳米管的钛基体作为阴极，以不锈钢作为阳极，恒定电流密度，先在三氯化锑和柠檬酸的混合溶液中电沉积锑，然后在四氯化锡和硫酸的混合溶液中电沉积锡，按此步骤，重复电沉积锑和锡，将电沉积后的钛基体取出，冲洗干净，待风干后加热焙烧，制得钛基二氧化钛纳米管二氧化锡电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩卫清，陈勇，王连军，洪蕾，薛红民，孙秀云，李健生，刘晓东，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]