摘要: 钛基金属氧化物电极具有比石墨、铅银合金等传统电极材料更优的性能在阴极保护、电解海水防污等领域得到了广泛的应用和发展,但是该类电极材料种类繁多,其性能在实际应用中受环境因素的影响较大,使得目前工业上还没有完善的标准来对电极的性能进行评价... 展开 钛基金属氧化物电极具有比石墨、铅银合金等传统电极材料更优的性能在阴极保护、电解海水防污等领域得到了广泛的应用和发展,但是该类电极材料种类繁多,其性能在实际应用中受环境因素的影响较大,使得目前工业上还没有完善的标准来对电极的性能进行评价。为此,本文研究了采用聚合物溶胶-凝胶法(Pechini法)制备的金属氧化物电极的电解时效行为,探讨了工况参数对电极性能的影响,并建立了涂层厚度的测量方法。通过XRD、SEM、EDX等手段考察涂层的晶体结构、表面形貌和成分分布,采用循环伏安、极化曲线、电化学阻抗等电化学分析方法分析电极的电催化活性。 研究了Ti/RuO2-IrO2-SnO2电极在正向电解、反向电解和正反交替电解过程中的变化,发现正向电解使涂层裂纹增大,部分区域基体裸露,电化学性能随电解时间的增长而降低,涂层与基体间电阻的增大是正向电解电极失效的主要原因,而电极在反向电解和正反交替电解中的稳定性大大降低,反向电解初期会增强电极的催化活性,但随电解时间延长会导致涂层结合力下降,使涂层发生严重脱落,涂层表面碎化。正反交替电解在很短时间内就可使涂层大量损失,可能是涂层表面交替的发生氢原子的吸脱附过程,促进了涂层活性组元的还原。 研究了正向电解、反向电解和正反交替电解对Ti/PtOx-IrO2-Ta2O5电极的影响,结果表明,在正向电解过程中涂层明显减薄,并出现脱落,有的区域基体已裸露,表面呈现多层结构,电极表面活性点减少和分布不均是导致槽压突升的原因,而反向电解则使电极的活性增高,可能是涂层的脱落使电极表面的粗糙度增加所致,正反交替电解很短时间内涂层的覆盖量就明显降低,电极表面就有不同层次的涂层呈现,但不似反向电解后那样疏松碎化,可能是正反交替电解使得电极表面状态不断发生变化,加速了剥落处松散涂层的溶解或脱落所致。 对电极Ti/IrO2-Ta2O5/RuO2-I1O2-SnO2进行强化电解,并研究了其失效机理,电解初期表层起主要作用,保持了较好的催化活性,随着电解的进行中间层渐渐开始裸露,槽压开始上升,而电解液则通过裂纹渗透到基体,使涂层与基体间的电阻增大,导致电极失效。 考察了电流密度对Ti/IrO2-Ta2O5电极的影响,发现电极的寿命受电流密度影响很大,并得到了寿命预测公式:log L=4.96-2.92log I,L为电解时间/h,I为电流密度/A·cm-2,同时还研究了在海水中温度对Ti/RuO2-IrO2-SnO2的影响,发现在小于10℃时电极的使用寿命大大缩小,低温还导致电解的槽压很高,使电极的活性降低,而电极在20℃和40℃下电解时则没有明显的差异。 采用聚合物溶胶-凝胶法(Pechini法)在抛光的Ti基体上制备IrO2-Ta2O5氧化物涂层作为标样对X射线荧光测厚仪进行了校正,并确定了采用XRF(X射线荧光法)测量金属氧化物涂层厚度的分析方法,用该方法对Ti/IrO2-Ta2O5氧化物阳极涂层进行了厚度测量,测试结果与SEM测量值较为吻合。 收起