本實用新型屬于環(huán)保技術(shù)及電化學(xué)領(lǐng)域，涉及一種電極，特別是一種高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極。
背景技術(shù)：
鈦基氧化錫銻電極(Ti/SnO2-Sb)擁有諸多優(yōu)點，如析氧電位(OEP)高、催化活性好、電極制備方便且成本低廉(相對于BDD電極)等，但傳統(tǒng)的溶膠-凝膠熱分解法制備得到的該電極的催化層與基體結(jié)合度不夠，并且催化層呈現(xiàn)出“泥裂”狀形貌，在電催化氧化過程中，催化層容易脫落，造成鈦基體裸露而影響電極壽命。因此電極穩(wěn)定性較差這一問題嚴(yán)重制約著此類電極的工業(yè)化應(yīng)用。
高度有序排列的二氧化鈦納米管陣列具有較高的比表面積、較高的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強度以及優(yōu)異的耐腐蝕性，并且二氧化鈦納米管易制備、成本低。而水熱條件下生成的催化層結(jié)構(gòu)致密，可有效阻止電解液向基體的擴(kuò)散及對基體的腐蝕。這是由于在水熱的條件下，錫銻溶液中可形成大量氧化錫銻微晶，這些微晶通過表面存在大量的不飽和鍵，與二氧化鈦納米管表面的鈦氧懸空鍵牢固結(jié)合；并且由于表面能極高，此類微晶為降低表面能達(dá)到熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，自發(fā)聚集并通過化合鍵相互結(jié)合形成致密的氧化錫銻催化層。因此，本實用新型首先提出一種高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理、穩(wěn)定性高、使用壽命長、易于實現(xiàn)的高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極。
本實用新型解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極，包括金屬鈦板基體，其特征在于：還包括二氧化鈦納米管中間層及氧化錫銻催化層，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過陽極氧化法設(shè)置有二氧化鈦納米管中間層，在二氧化鈦納米管中間層的各納米管之間及上表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻催化層。
金屬鈦板基體經(jīng)砂紙打磨后，先在高溫氫氧化鈉溶液中堿洗，隨后在高溫草酸溶液中酸刻，最后經(jīng)清洗干燥后置于無水乙醇中待用。
采用陽極氧化法制備二氧化鈦納米管中間層，所用溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5～5％的氟化氨、體積分?jǐn)?shù)1～5％的超純水、體積分?jǐn)?shù)95～99％的乙二醇，施加30～50V的電壓氧化2～3.5h，然后在無水乙醇中超聲5～15min，隨后以1～5℃/min的升溫速率升至450～550℃，處理1.5～3h后隨爐冷卻。
采用水熱合成法結(jié)合程序升溫退火活化的方法制備氧化錫銻催化層，所用溶液為0.5～1g/L的四氯化錫、0.01～0.04g/L的氯化銻、40～65ml/L的濃鹽酸，水熱反應(yīng)后，清洗干燥電極并進(jìn)行程序升溫退火活化處理，得到目標(biāo)電極。
本實用新型的優(yōu)點和有益效果為：
1.本高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極，通過陽極氧化法直接在金屬鈦板基體上刻蝕出穩(wěn)定性高、耐腐蝕性好的二氧化鈦納米管中間層，隨后以此為基礎(chǔ)在水熱條件下生成結(jié)構(gòu)致密的氧化錫銻催化層。綜合兩者優(yōu)點，本實用新型的電極相比于傳統(tǒng)溶膠-凝膠熱分解法制備的電極，穩(wěn)定性得到極大提升。
2.本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，具有穩(wěn)定性高、使用壽命長、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，是一種具有較高創(chuàng)新性的高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極。
附圖說明
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明：
1-氧化錫銻催化層、2-二氧化鈦納米管中間層、3-金屬鈦板基體。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護(hù)范圍。
實施例1
一種高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極，包括金屬鈦板基體3，其創(chuàng)新之處在于：還包括二氧化鈦納米管中間層2及氧化錫銻催化層1，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過陽極氧化法設(shè)置有二氧化鈦納米管中間層，在二氧化鈦納米管中間層的各納米管之間及上表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻催化層。
金屬鈦板基體(20mm×20mm×5mm)經(jīng)砂紙打磨后，在20wt.％的氫氧化鈉溶液中于90℃下堿洗0.5h，隨后在10wt.％的草酸溶液中于99℃下酸刻2h，最后經(jīng)去離子水沖洗并干燥后存放于無水乙醇中待用。
將預(yù)處理后的金屬鈦板基體在溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)4％的氟化氨、體積分?jǐn)?shù)5％的超純水、體積分?jǐn)?shù)95％的乙二醇中，施加45V的電壓氧化3h制備得到二氧化鈦納米管中間層，然后在無水乙醇中超聲15min，隨后以1℃/min的升溫速率升至500℃，處理2h后隨爐冷卻使其轉(zhuǎn)化為銳鈦礦晶型。隨后在溶液為0.9g/L的四氯化錫、0.01g/L的氯化銻、40ml/L的濃鹽酸中，于200℃下水熱反應(yīng)24h制備氧化錫銻層，然后清洗干燥后，以1℃/min的升溫速率升至500℃退火處理30min使其活化，得到目標(biāo)電極。
實施例2
一種高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極，包括金屬鈦板基體，其創(chuàng)新之處在于：還包括二氧化鈦納米管中間層及氧化錫銻催化層，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過陽極氧化法設(shè)置有二氧化鈦納米管中間層，在二氧化鈦納米管中間層的各納米管之間及上表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻催化層。
金屬鈦板基體的預(yù)處理步驟和實施例1相同。將預(yù)處理后的金屬鈦板基體在溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5％的氟化氨、體積分?jǐn)?shù)1％的超純水、體積分?jǐn)?shù)95％的乙二醇中，施加50V的電壓氧化2h制備得到二氧化鈦納米管中間層，然后在無水乙醇中超聲10min，隨后以3℃/min的升溫速率升至550℃/min，處理1.5h后隨爐冷卻使其轉(zhuǎn)化為銳鈦礦晶型。隨后在溶液為1g/L的四氯化錫、0.04g/L的氯化銻、65ml/L的濃鹽酸中，于200℃下水熱反應(yīng)24h制備氧化錫銻層，然后清洗干燥后，以1℃/min的升溫速率升至500℃退火處理30min使其活化，得到目標(biāo)電極。
實施例3
一種高穩(wěn)定性二氧化鈦納米管修飾的鈦基氧化錫銻電極，包括金屬鈦板基體，其創(chuàng)新之處在于：還包括二氧化鈦納米管中間層及氧化錫銻催化層，在所述金屬鈦板基體的一側(cè)表面通過陽極氧化法設(shè)置有二氧化鈦納米管中間層，在二氧化鈦納米管中間層的各納米管之間及上表面通過水熱合成法及程序升溫退火活化法設(shè)置有氧化錫銻催化層。
金屬鈦板基體的預(yù)處理步驟和實施例1相同。將預(yù)處理后的金屬鈦板基體在溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的氟化氨、體積分?jǐn)?shù)3％的超純水、體積分?jǐn)?shù)97％的乙二醇中，施加30V的電壓氧化3.5h制備得到二氧化鈦納米管中間層，然后在無水乙醇中超聲5min，隨后以5℃/min的升溫速率升至450℃/min，處理3h后隨爐冷卻使其轉(zhuǎn)化為銳鈦礦晶型。隨后在溶液為0.5g/L的四氯化錫、0.01g/L的氯化銻、50ml/L的濃鹽酸中，于200℃下水熱反應(yīng)24h制備氧化錫銻層，然后清洗干燥后，以1℃/min的升溫速率升至500℃退火處理30min使其活化，得到目標(biāo)電極。
對比例
對比例電極采用溶液-凝膠熱分解法制備。首先將乙二醇(EG)和檸檬酸(CA)在60℃下以摩爾比4.5:1均勻混合，然后升溫至90℃，同時加入SnCl4·5H2O和SbCl3，待完全溶解后在90℃下穩(wěn)定30min。溶液中各組分的摩爾比例為EG:CA:(Sn4++Sb3+)＝4.5:1:0.33，其中Sn4+:Sb3+＝9:1。將預(yù)處理后的金屬鈦板基體浸在溶液中，然后勻速提出，使電極表面形成一層均勻的溶液，隨后將其放在130℃下干燥10min形成凝膠，接著在500℃下煅燒10min。重復(fù)上述步驟10次，最后一次時電極在500℃下處理2h并隨爐冷卻，得到對比例電極。
應(yīng)用例
模擬廢水采用濃度為1g/L的酸性大紅(AR 73)溶液，其中加入0.1mol/L的Na2SO4作為電解質(zhì)，分別將各實施例電極和對比例電極作為陽極，經(jīng)預(yù)處理的金屬鈦板基體作為陰極，在50mA/cm2的電流密度下處理120ml的模擬廢水，比較各電極的電催化氧化性能。
實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)4.5h的降解，實施例1、2、3制備的Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb電極對AR 73的去除率分別為99.21％、98.98％、99.01％，而相應(yīng)的對比例Ti/SnO2-Sb電極對AR 73的去除率僅為89.37％；在0.5mol/L的H2SO4中于1A/cm2的電流密度下，各實施例電極強化壽命分別是對比例電極的6.52倍、6.37倍、5.98倍。
盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本實用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。