论文部分内容阅读
涂层钛阳极的电催化活性、稳定性、成本以及使用寿命等性质是评价阳极性能的关键因素。因此,探究和开发优良性质的涂层钛阳极并拓展其应用范围的意义是非常重大的。本文利用在Ti片上原位合成的TiO2纳米结构,并以此为基底制备IrO2涂层钦阳极,来研究TiO2纳米结构对于IrO2涂层钛阳极性能的影响。1.以Ti板为基底和Ti源,采用水热法和阳极氧化法在Ti板上原位合成了 TiO2纳米线(TiO2 NWs)和 TiO2 纳米孔(TiO2 NPs)阵列,得到 TiO2 NWs-Ti 基底和 TiO2 NPs-Ti基底。探索水热法制备TiO2 NWs-Ti基底的实验条件,如水热反应的温度和时间、NaOH溶液的浓度等,并应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线粉末衍射仪(XRD)表征其表面形貌和物质组成。得出最佳制备条件:1 M NaOH溶液,220℃下水热反应30 h,再在1 M HCl中浸泡30 min进行离子交换,最后置于450℃的管式炉中烧结2 h得到厚度、稠密度都均匀且呈现网洞状分布于Ti片表面的TiO2 NWs。通过对TiO2 NPs的制备过程分步进行,并对各阶段得到产物的表面形貌和结构进行分析,结果表明,呈蜂窝状均匀分布的TiO2 NPs阵列必须经过三次阳极氧化后方可得到。2.测定以纳米TiO2-Ti为基底制备的IrO2涂层钛阳极的性能,研究TiO2纳米结构的形态对IrO2涂层钛阳极性能的影响。通过对以纳米TiO2-Ti为基底制备IrO2涂层钛阳极的表面形貌和组成、电化学性质以及加速寿命实验等的测定来研究TiO2纳米结构的形态对Ir02涂层钛阳极性能的影响(与以Ti为基底制备的IrO2涂层钛阳极的性能进行对比)。结果显示:IrO2/Nano-TiO2-Ti涂层钛阳极具有优越的稳定性、较高的电催化活性和较长的使用寿命。3.分别以纳米TiO2-Ti和Ti为基底,以添加IrO2纳米颗粒的H2IrCl6为涂覆液制备IrO2涂层阳极并测定其性能,研究IrO2纳米颗粒的添加对IrO2涂层阳极性能的影响。测定添加IrO2纳米颗粒制备的IrO2涂层钛阳极的表面形貌、物质结构、电化学性质以及强化电解寿命等性质,结果仍是IrO2/Nano-TiO2-Ti涂层钛阳极的性能最好,这说明纳米TiO2-Ti基底对涂层钛阳极性能的提高不受涂覆液的影响。对涂覆液中添加IrO2纳米颗粒前后制备的IrO2涂层钛阳极的性能进行对比,结果显示:在涂覆液中添加了IrO2纳米颗粒后,尽管强化电解寿命和稳定性方面变差,但所制备阳极的电催化活性增强了。以TiO2 NWs-Ti和TiO2 NPs-Ti为基底制备的IrO2/Nano-TiO2-Ti阳极具有优越的稳定性、较高的电催化活性和较长的使用寿命。添加IrO2纳米颗粒的IrO2/Nano-TiO2-Ti阳极的研究也获得了有价值的结果,还有待深入研究。本方法可以延伸应用于其他金属材料的基底以及用于制备其他金属氧化物阳极。