一种电解阳极及其制造方法与流程

本发明涉及电解阳极的，具体来说，涉及一种电解阳极及其制造方法。

背景技术：

1、钛基iro2-ta2o5混合氧化物阳极由于具有优异的耐腐蚀性，低的析氧电位和优良催化活性等已广泛应用于电解铜箔生产、pcb板电镀、高速电镀锌（egl）等领域。但是与氯碱工业用钌氧化物系阳极4-10年的寿命相比，析氧用iro2系氧化物阳极的寿命较短，仍有待提高，此外涂层的活性组元铱价格昂贵，用量大，使得电极成本过高。

2、一般认为，析氧型阳极失效的原因主要是因为钛基底的钝化，在发生析氧反应时，金属钛容易氧化，在钛基底/氧化物涂层界面形成一层高阻值的tio2层。因此，通过改进涂层的制备工艺来阻止或减缓tio2层的产生，可以延长电极的寿命。施涂中间层在钛表面形成致密的阻挡层防止钛的钝化是一种有效的手段。常用的中间层有iro2、ruo2、sno2、tin、sno2、pbo2等，其中iro2、ruo2价格昂贵，sno2、tin、sno2等导电性能较差，会影响电流的传输，pbo2存在生物毒性，不适合工业化生产。此外，梯度法制备涂层用来改进防止或减轻不同材料间复合而产生的裂纹也是避免tio2钝化膜形成的重要手段。梯度法就是在制作异相材料时使材料组分有一梯度变化，防止组分的突变，以此来减缓不同物质界面间的热应力，从而防止涂层裂纹的产生，得到紧密结合的复合材料。在电化学领域，铂可以作为阳极材料使用，性能优良，特别是在酸性介质中，较其他材料，铂的抗氧化性能和电催化性能较为突出，且相较ir和ru价格更低。

3、基于上述考虑，需要开发一种成本低，使用寿命长，电催化性能好的析氧阳极。有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供一种电解阳极及其制造方法，能够解决上述问题。

2、为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种电解阳极，包括基体、形成于所述基体表面的中间层和形成于所述中间层表面的催化剂层；

4、所述基体为不溶性金属基体或不溶性金属合金基体；

5、所述中间层为一层铂和钽的氧化物的固溶体；

6、所述催化剂层为梯度层叠铂、铱和钽的氧化物的催化剂层。

7、进一步的，所述基体的材质为钛或钛合金。

8、进一步的，所述中间层的成分为pto2和ta2o5，所述中间层中的铂和钽的摩尔比为1:4～4:1，所述中间层的厚度为0.1～5μm。

9、进一步的，所述催化剂层的成分为pto2、iro2、ta2o5，所述催化剂层中铂和铱的含量为5～50g/m2。

10、一种电解阳极制造方法，包括如下步骤，

11、s1、所述基体的处理：将所述基体的表面进行喷砂使之具备一定的粗糙度，然后通过酸蚀增大所述基体的表面积；

12、s2、所述中间层的制备：采用物理气相沉积工艺，沉积铂和钽于处理过的所述基体的表面，形成铂钽合金层，然后在高温条件下进行烧结，形成一层铂和钽的氧化物固溶体；

13、s3、所述催化剂层的制备：配置含不同比例的铂、铱、钽溶液，在所述中间层表面多次进行涂覆所配置的溶液，并在每次涂覆后依次分别进行高温烧结，用热分解法制备不同梯度化比例的催化剂层。

14、进一步的，所述步骤s1中喷砂后的所述基体表面粗糙度ra控制在3～12μm；所述步骤s1中的酸蚀可选用氢氟酸、硫酸、盐酸、草酸、硝酸中的一种或多种混合酸，酸蚀后所述基体失重量大于80g/m2。

15、进一步的，所述步骤s2中的物理气相沉积工艺包括磁控溅射、溅射离子电镀、电弧蒸发、电子束蒸发；所述步骤s2中的高温的温度设定范围为400～600℃，时间控制t1≥0.5h。

16、进一步的，在惰性气体环境和真空的条件下，以铂和钽靶材或铂钽合金靶材在所述基体表面进行磁控溅射。

17、进一步的，所述步骤s3中的涂覆烧结次数为10～30次；所述步骤s3中的高温的温度设定范围为400～600℃，时间控制t2≥0.5h。

18、进一步的，每次涂覆的溶液中铂加上铱与钽的摩尔比固定，且每次涂覆的溶液中铂加上铱与钽的摩尔比为(pt+ir):ta=1:1～3:1，在依次涂覆过程中铂的比例逐渐减少。

19、本发明的有益效果：本申请与目前最常见的钛基iro2-ta2o5混合氧化物阳极相比（其中ir和ta的摩尔比为7:3），制备的中间层与基体具有很强的结合力，对基体具有很好的保护作用，可以有效防止基底钝化从而提高电极的使用寿命，同时梯度法制备的铂铱钽催化剂层可以降低析氧电位，显著提高电解寿命。析氧电位低可以降低电极使用过程中的用电成本，同时在催化剂层中用铂部分取代铱减少了铱的使用，可以降低制造成本。

技术特征：

1.一种电解阳极，其特征在于，包括基体、形成于所述基体表面的中间层和形成于所述中间层表面的催化剂层；

2.根据权利要求1所述的一种电解阳极，其特征在于，所述基体的材质为钛或钛合金。

3.根据权利要求1所述的一种电解阳极，其特征在于，所述中间层的成分为pto2和ta2o5，所述中间层中的铂和钽的摩尔比为1:4～4:1，所述中间层的厚度为0.1～5μm。

4.根据权利要求1所述的一种电解阳极，其特征在于，所述催化剂层的成分为pto2、iro2、ta2o5，所述催化剂层中铂和铱的含量为5～50g/m2。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述的电解阳极制造方法，其特征在于，包括如下步骤，

6.根据权利要求5所述的一种电解阳极制造方法，其特征在于，所述步骤s1中喷砂后的所述基体表面粗糙度ra控制在3～12μm；所述步骤s1中的酸蚀可选用氢氟酸、硫酸、盐酸、草酸、硝酸中的一种或多种混合酸，酸蚀后所述基体失重量大于80g/m2。

7.根据权利要求5所述的一种电解阳极制造方法，其特征在于，所述步骤s2中的物理气相沉积工艺包括磁控溅射、溅射离子电镀、电弧蒸发、电子束蒸发；所述步骤s2中的高温的温度设定范围为400～600℃，时间控制t1≥0.5h。

8.根据权利要求7所述的一种电解阳极制造方法，其特征在于，在惰性气体环境和真空的条件下，以铂和钽靶材或铂钽合金靶材在所述基体表面进行磁控溅射。

9.根据权利要求5所述的一种电解阳极制造方法，其特征在于，所述步骤s3中的涂覆烧结次数为10～30次；所述步骤s3中的高温的温度设定范围为400～600℃，时间控制t2≥0.5h。

10.根据权利要求9所述的一种电解阳极制造方法，其特征在于，每次涂覆的溶液中铂加上铱与钽的摩尔比固定，且每次涂覆的溶液中铂加上铱与钽的摩尔比为(pt+ir):ta=1:1～3:1，在依次涂覆过程中铂的比例逐渐减少。

技术总结
本发明公开了一种电解阳极及其制造方法，包括基体、形成于所述基体表面的中间层和形成于所述中间层表面的催化剂层；所述基体为不溶性金属基体或不溶性金属合金基体；所述中间层为一层铂和钽的氧化物的固溶体；所述催化剂层为梯度层叠铂、铱和钽的氧化物的催化剂层。本申请与目前最常见的钛基IrO<subgt;2</subgt;‑Ta<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;混合氧化物阳极相比（其中Ir和Ta的摩尔比为7:3），制备的中间层与基体具有很强的结合力，对基体具有很好的保护作用，可以有效防止基底钝化从而提高电极的使用寿命，同时梯度法制备的铂铱钽催化剂层可以降低析氧电位，显著提高电解寿命。析氧电位低可以降低电极使用过程中的用电成本，同时在催化剂层中用铂部分取代铱减少了铱的使用，可以降低制造成本。

技术研发人员：艾青云,余毅,赵伟,虞莉清,万小海
受保护的技术使用者：九江斯坦德能源工业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13