钛基涂层氧化物析氧阳极材料的研究进展_张小弟

•51•钛基涂层氧化物析氧阳极材料的研究进展钛基涂层氧化物析氧阳极材料的研究进展张小弟1，李伟善1，林毅2（1.华南师范大学化学与环境学院，广东广州510006；2.深圳市爱康泉水处理服务有限公司，广东深圳518034）摘要：要：介绍了钛基涂层氧化物析氧阳极（DSA）的制备方法，包括热分解、磁控溅射、溶胶–凝胶和电沉积等方法。分析了DSA阳极的析氧原理。指出了DSA电极存在的问题及未来的发展趋势。关键词：关键词：钛基涂层氧化物电极；DSA；析氧中图分类号：中图分类号：TG178文献标识码：文献标识码：B文章编号：文章编号：1004–227X(2007)12–0051–04ResearchprogressofTi-basedcoatedoxideasoxygenevolutionanodematerial∥ZHANGXiao-di,LIWei-shan,LINYiAbstract:ThepreparationmethodsofTi-basedcoatedoxideasoxygenevolutionanode(DSA)includingpyrolysis,magnetronsputtering,sol-gelandelectrodeposition,wereintroduced.TheoxygenevolutionprincipleatDSAanodewasanalyzed.TheexistingproblemsoftheDSAanodeandthedevelopmenttrendofDSAanodewerepresented.Keywords:Ti-basedcoatedoxideanode;DSA;oxygenevolutionFirst-author’saddress:SchoolofChemistryandEnvironment,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510006,China1前言前言传统的不溶性阳极材料大致可分为三大类：贵金属、石墨和铅合金[1]。这些材料不是价格昂贵（如铂电极），就是析氧过电位高，能耗大，并易造成二次污染。近年来，研究发现一些金属氧化物，特别是过渡金属氧化物具有较高的析氧电催化活性。由H.B.Beer发明，并于1968年由意大利DeNora公司首先实现了工业化生产的阳极DSA(Dimensionallystableanode)或DSE(Dimensionallystableelectrode)[2]，正是有关研究具有划时代意义的成果。DSA是一种涂覆了电催化活收稿日期：收稿日期：2007–04–09修回日期：修回日期：2007–05–23作者简介：作者简介：张小弟（1981–），男，广东湛江人，硕士，研究方向为涂层材料。作者联系方式：作者联系方式：李伟善，(Email)liwsh@scnu.edu.cn。性金属氧化物的涂层阳极，阳极基体要选择耐电化学腐蚀性，有一定机械强度，便于加工，表面易形成钝化膜及本身导电性良好的金属。最好是具有单向载流性质的阀形金属（ValveMetal），如钛、锆、钽、铌等。尽管Beer在早期的专利申请中，对该电极描述了广泛的应用领域，但当它真正用于酸性介质的析氧反应时，使用寿命很短，没有应用价值。为此，许多研究者希望通过改进DSA阳极的性能，以拓展它的实际应用领域。近年来的研究发现，IrO2是一种优良的析氧催化剂并能在酸性溶液保持稳定。当前，已有多种用IrO2做活性氧化物涂层的析氧金属阳极在工业中得到了应用，且析氧型阳极的发展正朝着以下方向进行：(1)涂层的多元化，(2)制备中间层，(3)纳米级氧化物涂层。在海水电解过程中，虽然析氧平衡电位比析氯平衡电位要低，但析氯反应比析氧反应更加简单，更容易[3]。因此，要尽量避免阳极上产生氯或者减少析氯的效率，是析氧电极的研究重点之一。2电极材料制备方法电极材料制备方法在实际应用中，对工业电极材料的要求主要有以下几点[4]：(1)表面积大；(2)导电性好；(3)电催化活性高；(4)长期的机械和化学稳定性；(5)小气泡析出；(6)高选择性；(7)廉价和易得到；(8)安全性。钛的熔点高，重量轻，机械强度大，在航空航天、冶金及化学工业中起着重要作用[5]。研究表明，在析氧状态下，被认为是最好的DSA阳极是在钛基板上涂覆铱氧化物系的不溶性阳极。钛基底的电极以析氧过电位低、副反应少、使用寿命长等优点得到广泛应用。对于Ni电极，它只能在呈碱性的溶液中工作，电解液一般为KOH溶液；而Ti电极，在酸性、中性和碱性溶液中都可以工作。从这方面来比较，Ti电极存在更大的优势。同时，目前研究Ti电极的Tafel斜率已达到了30mV[6]，而Ni电DOI:10.19289/j.1004-227x.2007.12.0