氯碱工业是重要的基础化学工业,其产品氯气、烧碱和氢气是基础性的化工原料,氯碱工业消耗世界10%的发电量,因此高效的析氯电极对节能意义巨大。本文简述了氯碱工业、析氯阳极的发展历程,详细介绍了Ru-Ti体系DSA形稳阳极的导电机理、析氯催化机理和阳极失活机理。综述了主要针对钌钛氧化物涂层中掺杂其他元素及氧化物形成二元或三元混合氧化物,通过改变掺杂物种的含量、制备条件等改变涂层的组成和形貌对其催化析氯效果影响的研究现状。比较了形稳阳极不同制备方法的优缺点。提出通过理论计算结合实验研究,设计、模拟DSA形稳阳极进行理论计算和实验制备,从微观的角度研究析氯效果和析氯机理,对研制新型的DSA形稳阳极具有重要的指导意义。采用广义密度泛函理论（GGA）的PW91方法结合周期平板模型进行了Cl在一元、二元和三元金属氧化物表面吸附的理论计算。包括Cl在一元金红石型TiO₂和RuO₂的（110）表面的吸附情况,不同Ti、Ru掺杂比例（Ti:Ru比分别为3:1,1:1,1:3）二元金属氧化物TinRumO₂表面,Ti-Ru金属氧化物与第三种元素X（X为Ir、Sn、Mn）掺杂比例（Ti:Ru:X为2:1:1）的三元金属氧化物Ti2/4Ru1/4X1/4O₂表面吸附进行计算。计算各氧化物（纯氧化物,掺杂氧化物）的吸附能、能带结构、前线分子轨道等,揭示掺杂金属氧化物对电子构型的影响。根据析氯机理,通过前线分子轨道理论对电化学反应和电化学脱附反应的反应活性进行理论计算分析。使用LST/QST方法寻找Cl₂在不同比例金属氧化物表面的析出过程的过渡态和相应的能量数据,比较在不同比例金属氧化物表面析出的Cl₂过渡态的活化能和反应热。结果表明:（1）Cl在TiO₂和RuO₂的（110）表面吸附位只有金属顶位和氧顶位。Ti:Ru比为3:1时金属氧化物O顶位对Cl的吸附能最小为1.524e V。（2）Cl原子吸附在Ti:Ru比为3:1时的金属氧化物表面金属顶位,吸附作用最小。过渡态计算得出Cl在活性位Ru被氧化为S-O中间物种（S表示形稳阳极表面的活性吸附位）位吸附并析出电极表面;Cl₂在Ti3/4Ru1/4O₂（110）表面的析出的反应热ΔHr为5.798kcal/mol,活化能Ea为25.862kcal/mol,比在Ti2/4Ru2/4O₂表面生成Cl₂的能量低,Cl₂在Ti3/4Ru1/4O₂（110）表面更容易析出。比较掺杂前后的能带情况,由于Ru的掺入,使其导电性得到增强,且掺杂体系的导电性与Ru的掺杂比例有关,且随着掺杂比例增大其掺杂催化剂的导电性越好。通过前线轨道理论对其析氯机理分析得出,掺杂后Ti:Ru比为3:1时较易发生电化学反应,生成S-Clads中间体,此时的能隙ΔE最小为2.323e V;掺杂后Ti:Ru比为3:1时较易发生电化学脱附反应,析出Cl₂,能隙ΔE最小为2.088e V,且在该比例时,Cl在Ti3/4Ru1/4O₂（110）表面上的吸附能最小Ea为2.514 e V。（3）对于三元金属氧化物Ti2/4Ru1/4X1/4O₂（X为Ir、Sn、Mn）掺杂比例（Ti:Ru:X为2:1:1）,比较其能带情况,在Ru掺杂量一定的情况下,Ir、Sn、Mn三种掺杂结构导电性顺序为Ti2/4Ru1/4Ir1/4O₂>Ti2/4Ru1/4Sn1/4O₂≈Ti2/4Ru1/4Mn1/4O₂。Ir对固体催化剂的导电性的加强作用明显,有利于反应过程中电子的传递,加快了反应的速率。通过过渡态计算得出Cl₂分别在Ti2/4Ru1/4Ir1/4O₂和Ti2/4Ru1/4Sn1/4O₂表面析出的活化能Ea分别为16.658 kcal/mol和45.795 kcal/mol,故Ti2/4Ru1/4Ir1/4O₂更有利于Cl₂的析出。通过前线轨道理论对其析氯反应机理反应计算可知,对于电化学反应,掺杂铱元素的电极其前线轨道LUMO能量比掺杂锡元素后的前线轨道LUMO降低,Ti2/4Ru1/4Ir1/4O₂（110）电极的能隙ΔE为1.249e V,比Ti2/4Ru1/4Sn1/4O₂（110）电极能隙ΔE1.461e V小。对于电化学脱附反应,Ti2/4Ru1/4Ir1/4O₂（110）电极氯吸附在O顶位后能隙ΔE为1.801e V,比Ti2/4Ru1/4Sn1/4O₂（110）电极Cl吸附在O顶位时能隙ΔE为2.046e V小。Ti2/4Ru1/4Ir1/4O₂（110）电极析氯催化活性比Ti2/4Ru1/4Sn1/4O₂好。根据计算模型的原子比例,采用高温分解法制备不同温度下的Ti-Ru-X（X为Ir、Sn、Mn）三元金属氧化物析氯电极,并对其进行SEM、XRD、EDS、LSV、CV表征和性能测试。实验结果表明:掺杂Ir、Sn、Mn元素制备Ti-Ru-X（X为Ir、Sn、Mn）三元金属氧化物析氯电极,在烧结温度为450℃时,形成的Ti-Ru-Ir混合氧化物电极表面龟裂最少,表面更加均匀,具有活性位数量最多。当烧结温度为450℃时,添加Ir、Sn、Mn元素制备的Ti-Ru-X（X为Ir、Sn、Mn）三元金属氧化物析氯电极,Ti-Ru-Ir电极具有最好的催化析氯活性。通过电化学性能测试,添加三种元素所得电极的活性从高到低依次为Ti-Ru-Ir>Ti-Ru-Sn>Ti-Ru-Mn。这与理论计算结果相吻合。