一种金属氧化物涂层电极制备方法技术

本发明专利技术属于电化学技术领域，具体涉及一种金属氧化物涂层电极制备方法，将涂敷前驱体涂液的金属基体置于等离子体处理腔体内，在同一系统内实现前驱体涂液的烘干、分解和涂层烧结步骤，利用等离子体强的氧化性，在烘干和烧结过程中增强涂层的氧化程度，促进晶体结构的形成，提高氧化物涂层的性能，达到提高处理效率和电极电化学性能的目的；其步骤简单，原理科学可靠，采用加温和等离子体联合处理方法烘干前驱体涂液，采用高温烧结和等离子体联合处理方法烧结涂层，烘干和烧结在同一个系统内完成，通过控制加热的温度和处理的时间实现烘干和烧结，使电极的电化学催化活性大幅度增加，在相同电压的条件下，获得更大的电流密度，提高了使用效率。高了使用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物涂层电极制备方法

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[0001]本专利技术属于电化学
，具体涉及一种金属氧化物涂层电极制备方法，通过等离子体辅助制备适用于电解海水、污水降解、防海生物污损、阴极保护等电化学工程的金属氧化物涂层电极。

技术介绍
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[0002]金属氧化物电极(Dimensionally Stable Anodes，DSA)是一种新型的不溶性电极，作为不溶性电极的代表，其具有良好的电催化活性和稳定的电化学性能，已经在氯碱工业、阴极保护、电镀工业、湿法冶金、有机合成、水处理等方面得到了广泛的应用，是现今较理想的电极材料。
[0003]金属氧化物阳极中的钛基氧化物电极的制备方法包括溶胶
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凝胶法、热分解法、离子溅射法、电沉积法和固相合成法，其中热分解法是实验室常用的方法，也是工业化生产中性价比最高和应用最广的方法。热分解法的具体工艺过程是将前驱体溶解在有机溶剂中并均匀涂覆在预处理后的钛基体上，加热蒸发溶剂后，在空气中高温煅烧形成沉积物，通过反复刷涂、烧结形成厚的导电涂层。热分解法具有简单易行、设备成本低、使用范围广的优点，通过对基体预处理工艺、涂液的配比、溶剂的选取、负载量的大小和热分解工艺的优化，提高涂层的电催化性能和稳定性。
[0004]在金属氧化物阳极制备过程中，烘干和热氧化烧结处理是必要的工序：烘干的目的是使溶剂挥发，一般以缓慢烘干为宜；热氧化烧结处理是使沉积于基体上的金属化合物氧化分解形成氧化物。烧结工艺对涂层质量的影响很重要，烧结温度和烧结时间对涂层的内部结构(如晶粒大小，分子排列)有很大影响，涂层的组成和结构又直接影响电极的电化学性能。目前，烧结工艺的优化温度为450
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550℃，制备的电极性能已接近极限，继续提升的空间有限，亟需采用新技术对制备工艺进行升级。
[0005]中国专利201510284290.1公开的一种金属氧化物涂层阳极的制备方法，其特征在于制备方法包括基底预处理、涂液制备和涂层阳极制备三个步骤：(1)、基底预处理：选用工业纯钛板作为基底材料，基底经常规的喷砂处理后放置于质量百分比浓度为10％和温度为90
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100℃的草酸水溶液中酸蚀1小时，待基底表面粗糙度Ra为1.5
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3.5μm时将其取出用蒸馏水超声清洗干净后再用工业酒精清洗2
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3次，然后烘干基底并浸入无水酒精缸中密封保存待用，完成基底预处理；(2)、涂液制备：根据金属氧化物涂层中Ir、Ru、Ta、Sb、Ti和Sn的摩尔比的量值要求量取对应体积的IrO2、RuO2、Ta2O5、SbO2、TiO2和SnO2水溶液进行混合，得混合液，再在混合液中按照1：1.5
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3的重量比配比加入质量百分比浓度为99％的正丁醇水溶液，将混合液中金属离子总浓度调节为0.2
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0.35mol/L后磁力搅拌混合液至其均匀混合，制得涂液；(3)、涂层阳极制备：在常规的设备中，先设定等离子放电电流为3
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4A，射流枪移动速率为100
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600mm/min，在步骤(1)预处理的基底表面上覆盖式喷射步骤(2)制备的涂液后将基底放入烘干箱中控温100℃烘干10min，在基底表面上形成涂层，再采用等离子体射流放电对涂层表面进行氧化；重复上述喷射、烘干和等离子体氧化的步骤6
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8次，然后将基底放
入550℃的烧结炉中烧结1
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1.2h，完成涂层阳极制备；所述基底材质为质量百分比纯度大于99％的金属钛，基底形状包括网状、板状、管状和棒状；所述金属氧化物涂层由设定重量比配比的IrO2、RuO2、Ta2O5、SbO2、TiO2、SnO2中的单一组分或多组分复合构成；将常压等离子体用于涂层涂敷后处理，促进涂液的分解和氧化物的形成，再经过高温烧结，提高氧化物涂层电化学性能。此外，日本专利特开平5
‑
156480采用溶胶法利用等离子喷涂将溶胶喷涂在钛基体表面制备氧化物电极。上述专利方法涉及涂液涂敷和涂液干燥分解环节，存在沉积率低、涂液耗散损失等问题。因此，以提高制备效率和性能、降低制备和使用成本。

技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种金属氧化物涂层电极制备方法，以制备催化活性和电容量满足高性能氧化物涂层电极需求的电极。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术涉及的金属氧化物涂层电极制备方法基于等离子体辅助烧结法制备金属氧化物涂层电极，工艺过程为：首先，在经过预处理的金属基体上涂敷前驱体涂液，然后，将涂敷了前驱体涂液的金属基体置于等离子体处理腔体内，在温度为100
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120℃和通入混合气体(由气体流量分别是10sccm的氩气和氧气组成)的条件下进行10min的等离子体处理，烘干前驱体涂液中的溶剂，使前驱体涂液中的溶质在金属基体上形成涂层，最后，高温烧结涂层，烧结过程中，等离子体放电对涂层进行处理，制备得到包括电解防污用的RuO2‑
IrO2电极和阴极保护用的IrO2‑
Ta2O5电极的多种体系的金属氧化物涂层电极。
[0008]本专利技术涉及的金属氧化物涂层电极制备方法的具体工艺过程为：
[0009](1)金属基体预处理：首先，用质量百分比浓度为8％的混合溶液在温度为80℃的条件下对板状结构的金属基体进行时长为1h的碱洗，其次，用去离子水冲洗金属基体后超声处理10min，然后，将金属基体置于质量百分比浓度为10％的煮沸的草酸水溶液中进行时长为2h的酸洗，以除去金属基体表面的钝化膜，最后，依次在去离子水和无水乙醇中清洗，得到预处理的金属基体，浸于无水乙醇中备用；其中，碱洗用混合溶液的溶剂是水，溶质是NaPO4、Na2CO3和NaOH，NaPO4、Na2CO3和NaOH的质量比为45:25:4；
[0010](2)金属氧化物电极制备：首先，将前驱体溶液均匀涂刷在预处理的金属基体表面，置于等离子体处理腔内，抽真空，通入Ar2和O2，采用微波等离子体放电设备施加4KV高压80mA电流进行等离子辉光放电，然后，在温度为120℃的条件下进行时长为10min的烘干处理，使前驱体溶液中的溶剂蒸发，使前驱体溶液中的溶质形成涂层，最后，将温度提升至烧结温度保温10min，随炉冷却至室温，重复烘干、烧结和冷却步骤数次，以达到设定的涂层负载量，最后一次烧结时长为1h，确保前驱体涂液充分氧化分解；前驱体溶液的溶剂是正丁醇或异丙醇，溶质是IrO2、RuO2、Ta2O5、SbO2、TiO2、SnO2中的单一组分或多组分混合，溶质金属离子的总浓度为0.3mol/L，例如RuO2‑
IrO2体系和IrO2‑
Ta2O5体系。
[0011]本专利技术与现有技术中相比，突出的创新点为在高温烧结过程中实施等离子放电，将涂敷前驱体涂液的金属基体置于等离子体处理腔体内，在同一系统内实现前驱体涂液的烘干、分解和涂层烧结步骤，利用等离子体强的氧化性，在烘干和烧结过程中增强涂层的氧化程度，促进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物涂层电极制备方法，其特征在于，基于等离子体辅助烧结法制备金属氧化物涂层电极。2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物涂层电极制备方法，其特征在于，工艺过程为：首先，在经过预处理的金属基体上涂敷前驱体涂液，然后，将涂敷了前驱体涂液的金属基体置于等离子体处理腔体内，在温度为100
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120℃和通入混合气体的条件下进行10min的等离子体处理，烘干前驱体涂液中的溶剂，使前驱体涂液中的溶质在金属基体上形成涂层，最后，高温烧结涂层，烧结过程中，等离子体放电对涂层进行处理，制备得到包括电解防污用的RuO2‑
IrO2电极和阴极保护用的IrO2‑
Ta2O5电极的多种体系的金属氧化物涂层电极。3.根据权利要求2所述的一种金属氧化物涂层电极制备方法，其特征在于，混合气体由气体流量分别是10sccm的氩气和氧气组成。4.根据权利要求2所述的一种金属氧化物涂层电极制备方法，其特征在于，具体工艺过程为：(1)金属基体预处理：首先，用混合溶液在温度为80℃的条件下对板状结构的金属基体进行碱洗，其次，用去离子水冲洗金属基体后超声处理10min，然后，将金属基体置于质量百分比浓度为10％的煮沸的草酸水溶液中进行时长为2h的酸洗，以除去金属基体表面的钝化膜，最后，依次在去离子水和无水乙醇中清洗，得到预处理的金属基体，浸于无水乙醇中备用；(2)金属氧化物电极制备：首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰，许立坤，刘越仁，张迪，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：