基于TNTs中间层的钌钛复合电极的制备及性能研究.pdf

基于TNTs 中间层的钌钛复合电极的制备及性能研究 基于TNTs 中间层的钌钛复合电极的制备及性能研究 摘 要 随着近年来人们对于环境保护意识的增强以及能源节约理念的普及，对以氯 碱工业为基础的化工生产过程中所造成的污染、产品对环境造成的影响以及节能 减耗越来越重视。钛基金属化合物涂层电极，通常被称为DSA(Dimension stable anode) ，在析氯反应中具有良好的电催化活性、无二次污染和使用寿命长等优点， 在氯碱工业中得到了极其广泛的应用。 本文中通过阳极氧化法在 Ti 板上生长出规整有序的二氧化钛纳米管阵列 (TNTs) ，以TNTs 作为中间层在不同工艺条件下通过热分解法制备出具有较高电 化学活性和稳定性的DSA 电极。TNTs 一方面提供了大比表面积，加强了活性物 质与基底的结合力，使得活性物质分布较为均匀；另一方面TNTs 作为中间层由 于其较高的化学稳定性对电极基底起到了保护作用，减少电极在服役过程中产生 非导电TiO2 层，有利于提高DSA 电极的电化学活性和稳定性。 在第三章中，通过热分解法制备得到RuO -TiO /TNTs/Ti 复合电极，在450℃ 2 2 恒温下对其进行热处理，将无定型的非晶结构转化为锐钛矿结构。TNTs 中间层 不仅对Ti 基底具有良好的保护作用，而且具有较低的膜层电阻。实验结果表明， 阳极氧化时间通过决定TiO2 纳米管的长度，使其具有不同的催化活性和稳定性。 RuO -TiO 涂覆量4.5 g·m-2 时RuO -TiO /TNTs/Ti 电极具有更好的空间结构、更 2 2 2 2 均匀的晶粒分布和更多的活性位点。然而，当煅烧温度高于600℃将使TNTs 纳 米管结构“坍塌” ，对电极的活性产生不利影响，同时过高的煅烧温度使得氧和电 解质渗透至Ti 基底引起涂层的剥落，最终导致电极的电化学活性和稳定性下降。 在第四章中通过热分解法制备了摻杂不同金属氧化物(TaO 、SnO 、Sb O 、 5 2 2 3 CuO、MnO 和PbO ) 的DSA 电极。MnO -RuO /TNTs/Ti 电极由于其相对疏松的 2 2 2 2 表面结构，使得电解液和活性物质界面进行质子交换的难度减小，在阳极涂层的 “外部”活性表面和“ 内部”活性表面进行质子交换，使循环伏安积分电荷较大，即 电极表面活性点较多，表现出较高的电催化活性。Ta O -RuO /TNTs/Ti 电极因为 2 5 2 Ti4+(68 pm) 、Ru4+(67 pm) 、Ta5+(65 pm) 的离子半径十分接近，可以在热分解过程 中相互形成结合力较强的固溶体，所以 Ta O -RuO /TNTs/Ti 电极的强化使用寿 2 5 2 命时间约为234 h ，在所有制备的电极中服役寿命时间最长。 在第五章中，通过使用热分解法制备了高析氯活性RuO -IrO /TNTs/Ti 电极， 2 2 I 浙江工业大学硕士学位论文 - 详细研究了 RuO -IrO /TNTs/Ti 电极在电解 Cl 过程中电解温度和电解液初始浓 2 2