Ti／IrO2-Ta2O5阳极的制备及其析氧电催化性能研究

通过热氧化技术在500℃条件下制备了一系列Ti／IrO2-Ta2O5阳极。采用线性扫描和循环伏安技术分析了不同铱钽比阳极涂层的析氧电流、电位和伏安电荷的变化规律，并结合扫描电镜（SEM）及X射线衍射（XRD）技术研究了Ti／IrO2-Ta2O5阳极的表面形貌、组成、结构对析氧电催化性能的影响。研究表明，在IrO2-Ta2O5涂层中，铱钽由于存在一定的互溶度而形成固溶体结构，铱钽互溶度与涂层中铱钽比有关且影响IrO2晶胞的大小。随着涂层组元IrO2含量的增加，涂层表面细小的IrO2晶体聚集体增多，析氧电催化活性增强；但当IrO2含量过多时，涂层附着力的下降和机械强度的降低对析氧电催化性能产生负面影响。IrO2-Ta2O5涂层的活性表面积不仅取决于活性组元IrO2的含量，还与涂层的结构有关。适宜的铱钽比才具有最大的催化活性。其原因可能在于涂层中加入的适量惰性元素钽与IrO2晶胞形成部分固溶体结构，增强了涂层附着力与机械强度，同时形成了多裂纹的网状表面结构，增加了涂层活性表面积，提高了电极的析氧电催化活性与电解稳定性。     

Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2纳米氧化物阳极的研究

采用Pechini方法制备不同Sn含量的Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2纳米氧化物阳极,并运用SEM、EDX、XRD等分析手段和析氧电位、循环伏安、强化电解等方法对阳极的表面形貌、微观结构和电化学性能进行研究。结果表明,制备的氧化物涂层由(IrSn)O2固溶体和非晶态的Ta2O5构成,组成与名义成分基本一致。随着Sn含量的增加,氧化物涂层表面裂纹增多。Sn的加入使Ti/IrO2-Ta2O5-SnO2氧化物阳极的析氧电位升高,稳定性降低。     

Preparation and electrocatalytic properties of Ti/IrO2-Ta2O5 anodes for oxygen evolution

1 Introduction Oxygen and chlorine evolution reaction are the common and most important electrochemical reactions in electrolysis industry. As the Ti/RuO2-TiO2 anode has been successfully developed and widely employed in the electrochemical industry, the …     

Improvement of stability of trivalent chromium electroplating of Ti based IrO2+Ta2O5 coating anodes

The preparation process and properties of the thermally prepared Ti anodes coated with IrO2+Ta2O5 was studied. The structure and morphologies of the IrO2+Ta2O5 coatings were determined by XRD and SEM. Their electrochemical properties were studied by polarization curve and cyclic voltammetry. Trivalent chromium electroplating using Ti/IrO2+Ta2O5 anodes is carried out and the results were analyzed. Results show that this anode exhibits excellentelectrochemical activity and stability in sulfate electrolysis. The electrocatalytic activity is determined not only by the content of IrO2 but also the structure and morphology of the anode coatings. The electroplating results indicats that Ti/IrO2+Ta2O5 anodes have excellent capabilities and merits in improving the stability of trivalent chromium electroplating in sulfate system.     

烧结温度对Ti/IrO2-Ta2O5纳米氧化物阳极微观结构和电催化性能的影响

采用Pechini法制备Ti/IrO2-Ta2O5纳米氧化物阳极,通过SEM、EDX、XRD、极化曲线、循环伏安、电化学阻抗谱及强化电解寿命试验等测试手段,研究了烧结温度对Ti/IrO2-Ta2O5阳极微观结构和电催化性能的影响。结果表明,阳极涂层成分分布均匀,IrO2晶粒偏析不明显;Ta在铱钽固溶体中的固溶度随烧结温度升高而增大,涂层晶粒逐渐细化。随着烧结温度的升高,阳极析氧电催化活性降低,电化学活性表面积减小;500 ℃下所得Ti/IrO2-Ta2O5阳极表现出最高的强化电解寿命。     

La掺杂的SnO2-Sb中间层对钛基IrO2+Ta2O5电极性能的影响

目的改善Ti/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化性能。方法用热分解法在钛基材上制备了La掺杂的SnO_2-Sb中间层,并以此作为基体涂覆IrO_2+Ta_2O_5活性层,制备了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射能谱(EDS)及X-射线衍射光谱(XRD)技术分别分析了中间层和活性层的表面形貌、元素组成及晶相结构。采用线性扫描伏安曲线(LSV)和强化寿命测试方法在硫酸溶液中分别研究了Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极的析氧电催化活性和使用稳定性。同时,考察了La的掺杂比例对Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5电极强化寿命的影响。结果相对未掺杂La的中间层,掺杂La后的中间层表面裂纹减少,有更高的析氧过电位和更低的析氧电流密度。La掺杂对活性层的表面形貌和晶相结构基本没有影响,但电极的析氧电流密度有所提高。通过测试不同La掺杂比例涂层电极的强化寿命,发现La最佳掺杂比例为nLa:nSn=0.5:100。和未掺杂La涂层相比,La最佳掺杂比例涂层电极的强化寿命提高了22.8%。结论相对于未掺杂的Ti/SnO_2-Sb/IrO_2+Ta_2O_5电极,La掺杂后的Ti/SnO_2-Sb-La/IrO_2+Ta_2O_5涂层电极析氧电催化活性和强化寿命都得到改善。     

Effect of heat treatment of titanium substrates on the properties of IrO<Subscript>2</Subscript>-Ta<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>5</Subscript> coated anodes

The Ti substrates of IrO 2 -Ta 2 O 5 coated anodes were treated by solid-solution and aging, stress relieving annealing, and recrystallization annealing, and the coatings were prepared by thermal decomposition of a mixture of H 2 IrCl 6·6H 2 O dissolved in hydrochloric acid and TaCl 5 dissolved in alcohol. Scanning electron microscopy (SEM), cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and accelerated life test (ALT) were employed to study the microstructure and electrochemical properties of the anodes. Compared with the anode without heat treatment, the anodes with heat treatment are of higher electrochemical activity and longer accelerated life; especially, the anode with recrystallization annealing treatment has the best electrochemical properties and the longest accelerated life.     

添加纳米IrO_2的新型涂层IrO_2-Ta_2O_5钛阳极的制备及性能

以纳米IrO2晶粒部分取代H2IrCl6分散于前躯体溶液中,以此改进工艺制备一种Ir和Ta的摩尔比为7-3的IrO2-Ta2O5涂层钛阳极,通过XRD和SEM分析所制备钛阳极表面涂层的物相组成和形貌特征,采用析O2极化曲线、循环伏安和强化寿命测试方法分别研究电极的电催化性能与稳定性。结果表明:在纳米种子嵌入电极涂层中存在的物相分别为IrO2基固溶体(Ir,Ta)O2和IrO2;与采用传统方法制备的电极相比,含纳米种子嵌入结构涂层的钛阳极具有更优越的电催化活性和耐蚀性。     

铱涂覆量对IrO2-Ta2O5钛阳极性能的影响

测试了不同铱涂覆量的IrO2-Ta2O5钛阳极的表面形貌、强化寿命及析氧极化曲线。结果表明:铱涂覆量5 g/m2和10 g/m2的涂层形貌呈无规则粉状堆积;铱涂覆量达到20 g/m2时,涂层表面出现了枝状结构;铱涂覆量达到30 g/m2时,这种枝状结构已经很明显。IrO2-Ta2O5钛阳极涂层中铱涂覆量在5～30 g/m2范围内,随铱涂覆量的增加,阳极强化寿命增加得较快;当铱涂覆量超过30 g/m2,随铱涂覆量的增加,阳极强化寿命增幅减小。铱涂覆量对IrO2-Ta2O5钛阳极析氧的电催化活性影响不大。     

INVESTIGATION OF SURFACE MORPHOLOGY, STRUCTURE AND ELECTROCATALYTIC PROPERTIES FOR O_2 EVOLUTION OF TITANIUM BASED IrO_2+Ta_2O_5 COATINGS

1.IntroductionTitaniumbasednoblemetalokidecoatingshavebeenwidelyinvestigatedsincethepast3oyears[l':].Inthisperiod,variousmirtures,compositiollswerepreparedanddifferentmulti-coatingprocessesweredevelopedaselectrodematerialsinelectrochemicalfieId.Inbinaxysystems,thecoatingsof7Omol%IrO2 3Omol%Ta2O5wereverifiedtopossessthemaximumactivityanddurabilityforoxygenevolutio.[3'4],Iroz Taosdepositshavebeenstudiedentensively;ThehighstabilityofthisbinarymixturecouldbeattributedtotheformationofIro2baseds…     

含氟电解液中钛基铱钽氧化物电极的稳定性

目的 分析钛基铱钽氧化物电极在含氟电解液中的应用前景。方法 采用热分解法制备出钛基铱钽氧化物电极,借助扫描电镜分析了氟元素对钛基铱钽氧化物电极表面形貌的影响。应用循环伏安、稳态极化和电化学阻抗等方法,研究了氟元素对铱钽氧化物电极在硫酸溶液中电催化性能的影响。结果 当溶液中的氟含量高于5 mg/L时,铱钽氧化物电极在2 A/cm2下强化电解72 h后,表面开始出现裂纹,且裂纹尺寸和数量随溶液中氟含量的增加而增加。强化电解72 h下,氟含量低于10 mg/L时,氟对钛基铱钽氧化物电极循环伏安特性的影响较小,但氟含量高于10 mg/L时,电极伏安面积可增大24%。强化电解过程中,氟元素可增加电极的电荷转移电阻,增大电极的析氧电位,降低电极的双电层电容。结论 电解液中的氟元素可加速钛基铱钽氧化物电极的失效。氟元素虽可提高电极表面的粗糙度,改善电催化性能,但活性成分氧化铱的溶解损失更大,导致电极的析氧电催化性能降低。钛基铱钽氧化物电极在氟含量低于5 mg/L的酸性电解液中具有应用前景。     

IrO2＋Ta2O5系钛基改性涂层阳极和失效特点

研究了Ti／（IrO2＋Ta2O5）涂层阳极钛基表面不同改性条件下的表面形貌，截面扫描和界面元素分布，电解强化寿命和失效机理。结果表明，钛基体表面改性对涂层表面形貌没有根本性影响，表面改性的涂层阳极在槽电压-电解时间曲线上具有很长的平台期，显示出很好的强化寿命，平台期的主要失效特点在于涂层的电化学溶解，溶解从“龟裂”处始发，并且逐层进行。     

十二烷基硫酸钠对IrO2-Ta2O5/SnO2- Sb-Mn/Ti电极电催化性能影响

采用涂刷-热分解法制备不同浓度阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的IrO2-Ta2O5/SnO2- Sb-MnO2/Ti电极,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对其微观形貌及物相组成进行分析;应用循环伏安、极化等测试手段,表征制备电极的电催化活性.结果表明,适量添加十二烷基硫酸钠能够改善IrO2-Ta2O5/SnO2-Sb-Mn/Ti电极的微观形貌,提高电催化活性.在本实验条件下,SDS最佳添加量是1.6 g/L,结晶化度高达99.83%.利用苯酚电催化降解实验和强化寿命测试进一步考察所制电极的电催化活性与稳定性,结果显示,在电流密度15 mA/cm2条件下电解180 min,SDS的加入使苯酚去除率由原来的68.5%提高到79.2%.COD去除率由60.1%提高到 67.5%,电催化性能得到提升,电极强化寿命由52 h延长至68 h.     

添加Sn制备三元IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti涂层

通过热分解法制备了含不同摩尔比SnO2的IrO2-Ta2O5-SnO2/Ti涂层.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析和测试了所获涂层的晶体结构和表面形貌特征;通过强化寿命试验测试其耐腐蚀性能.结果表明涂层中出现固溶体、表面形貌呈密实结构有助于涂层耐腐蚀性能的提高.添加SnO2含量较高时可导致涂层中析出SnO2,并降低涂层耐腐蚀性能.     

成分配比对Ti/IrO2-Ta2O5电极电容性能影响

摘要：采用低温热分解法制备了Ti基IrO2-Ta2O5氧化物涂层电极。通过X射线衍射(XRD),循环伏安曲线,交流阻抗谱,恒流充放电等测试方法分析了Ta含量对IrO2-Ta2O5氧化物涂层组织结构及电容性能的影响。结果表明,Ta2O5可抑制IrO2的晶化程度。随涂层中Ta含量增加,晶化度降低。当Ta含量为60mol%时,IrO2-Ta2O5电极的结晶度为6.4%,具有较小的电荷转移电阻和最高的比电容（239.2F/g）,比IrO2电极比电容(54.1F/g)提高了近4倍。     

Ta掺杂IrO2活性氧化物电子结构的DFT分析

Ta掺杂的Ir-Ta-O是电化学工业中具有代表意义的电极材料。采用基于密度泛函理论(DFT)的投影缀加平面波中的广义梯度近似方法,对金红石型Ir8O16和Ta掺杂的Ir7Ta1O16复合氧化物的晶体和电子结构进行计算。结果表明,IrO2的结构数据与文献报导相吻合。掺 Ta的Ir7Ta1O16存在2种不同结构,二者晶体结构参数、系统总能和电子结构很接近。Ta掺杂可使Ir8O16晶胞体积增大,使体系相对稳定。掺Ta的(Ir,Ta)O2与IrO2类似,也体现金属的导电特性。Ta原子比Ir原子失电子能力强,掺杂后Ta原子周围的电子向O原子转移,为体系提供了更多的离子键。     

涂层IrO2+Ta2O5钛阳极在析氧过程中的形貌和成分变化

作者用热分解法制备钛基IrO2+Ta2O5涂层阳极,涂层制备态在373 K马弗炉中长时间时效处理,然后在0.5mol/L H2SO4介质中、4A·cm-2电流密度下进行强化寿命试验.用自带能谱仪(EDS)的场发射高分辩电子扫描显微镜(SE-SEM)和X射线衍射仪(XRD)进行电解前后的表面形貌和成分分析.研究结果显示涂层制备态在373K马弗炉中长时间时效处理时,金红石IrO2织构优先生长且晶面间距随时效时间延长而增加;电解过程中涂层的失效过程为气体氧对涂层界面的冲刷造成涂层逐层腐蚀消耗,接着涂层产生裂纹和扩展,导致涂层剥落;化学成分方面,涂层氧化铱优先消耗和氧化钛逐步积累.     

添加Sn后IrO_2/Ti阳极在30%H_2SO_4中放氧行为研究

对IrO2/Ti、SnIrO2/Ti、引进阳极3种涂层阳极的组织、结构、电化学性能、抗钝化性能进行了研究,并着重分析了Sn元素在涂层中所起的作用,结果表明添加Sn的IrO2/Ti阳极具备优异的电催化及抗钝化性能的结论,可作为硫酸中使用的电极材料.     

Ti基IrO_2+Ta_2O_5涂层阳极的析氧电催化活性

通过极化曲线与电化学阻抗谱测试研究了Ｔｉ基ＩｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ５阳极的析氧电催化活性．结果表明, ＩｒＯ２含量为７０％（摩尔分数）时,混合氧化物阳极表面具有最高的析氧活性．这缘于该成分含量阳极中活性组元ＩｒＯ２的真实表面浓度达到最大;而且,由于表面析出晶粒的最细化,在析氧电位下受析出氧气的冲击,该成分阳极表面的活性点数目得到最大程度的提高．由此提出决定氧化物阳极析氧电催化活性的热力学及动力学判据．     

IrO2-MnO2中间层Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极制备及性能

通过热分解法制备了含IrO2-MnO2中间层Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极,采用SEM、EDX、XRD、CV等检测方法对中间层进行表征,同时采用强化加速寿命试验对电极电化学稳定性进行表征。结果表明:450℃时前躯体完全氧化并形成固溶体,制备的中间层晶粒细小,表面结构致密,电化学孔隙率小。添加中间层使Ti/RuO2-TiO2-SnO2电极强化寿命由未加中间层的7.5h提高到995.8h,远高于国家标准20h。