钛基金属氧化物阳极的研究进展

本文介绍钛基金属氧化物阳极技术及应用。从降低成本的角度论述了钛基金属氧化物阳极技术发展的两大方面，一是降低阳极本身的成本，二是降低阳极的运行成本。根据涂层所采用的活性组分对钛基金属氧化物阳极进行了分类，并说明了各类阳极的主要用途。介绍了目前钛基金属氧化物阳极的研究进展及发展前景。     

土壤介质中阴极保护用混合金属氧化物涂层钛阳极的研究

采用热分解方法制备了混合金属氧化物(MMO)涂层钛阳极。研究了钛阳极在土壤介质中的电化学行为,用SEM观察了涂层形貌,并研究了阳极寿命与涂层厚度和电流密度之间的关系。结果表明,所研制的涂层钛阳极具有良好的电化学性能和较长的使用寿命,是土壤介质外加电流阴极保护中比较理想的辅助阳极。     

钢筋混凝土结构中阴极保护用MMO涂层钛阳极的研究

采用热分解法制备了IrTa-X混合金属氧化物（MMO）涂层钛阳极。通过极化曲线研究了钛阳极的电化学性能，用SEM观察了涂层形貌，研究了阳极寿命与涂层厚度和电流密度之间的关系，并与国外阳极试样的寿命做了一对比。结果表明，所研制的涂层钛阳极具有良好的电化学性能和较长的使用寿命，是钢筋混凝土结构外加电流阴极保护中比较理想的辅助阳极。     

钛基混合金属氧化物阳极在外加电流阴极保护中的应用

采用热分解方法制备钛基混合金属氧化物阳极,用扫描电镜对阳极涂层显微形貌进行了分析,比较了不同阳极材料在海水中的电化学行为,测试了混合金属氧化物阳极在海水中的消耗速率,并通过实海模实试验考察了混合金属氧化物阳极在海水阴极保护系统中的使用性能.SEM分析结果表明,混合金属氧化物阳极涂层为多孔多裂纹的显微结构,与其它阳极材料相比,这种阳极具有更大的活性表面积.电化学实验结果表明混合金属氧化物阳极在海水中具有良好的电化学稳定性和电化学活性;此外,混合金属氧化物阳极在海水中的消耗率很低,属于不溶性的阳极材料,作为外加电流阴极保护用辅助阳极具有广泛的应用前景.     

不同方法制备的Ru-Ti-Ir-Ta/Ti四元涂层钛阳极的比较

采用热分解法和Sol-gel法,制备了具有三明治涂层结构的Ru-Ti-Ir-Ta/Ti四元金属氧化物钛阳极.采用XRD和SEM方法分析了涂层的相组织结构特征,通过Tafel曲线和循环伏安曲线的测试研究并比较了涂层的电催化活性.结果表明,两种方法制备的阳极涂层相成分都以 (Ir, Ta)O2和(Ti, Ru)O2金红石固溶体相为主.在热分解法制备的涂层中还存在单质金属钌.采用Sol-gel法制备涂层,其晶粒更为细小.采用热分解法和Sol-gel法制备的钛阳极涂层表面形貌有明显的不同,前者可见明显的"泥裂状"裂纹,后者呈碎石状.采用Sol-gel制备的钛阳极比热分解法制备的钛阳极具有更好的电催化活性和耐蚀性.     

海水电解用金属氧化物阳极的失活机理

海水电解制氯用钛基金属氧化物阳极的等效电路可用LR5（QdlRct）（QfRf）来描述，上反映了阳极涂层复杂的微观结构，（QdlRct）对应电极／溶液体系的电化学特征，（QfRf）反映了涂层内表面／钛基体之间的物理阻抗。在阳极失效前后，Qdl和Rct没有发生突变，而Qf和Rf发生了突变，EIS谱图上发生明显的变化。SEM和EPMA分析表明，失活后表面还有一定的活性组分存在。阳极失活的主要原因是在钛基体和涂层之间形成了不导电的TiO2层，而阳极活性组分的电化学溶解和涂层的机械脱落不是阳极失活的主要原因，但对生成不导电TiO2有促进作用。     

热处理对Ru-Ti-Ir-Ta四元氧化物涂层组织结构的影响

采用热分解法制备Ru-Ti-Ir-Ta四元金属氧化物钛阳极涂层.通过XRD、SEM、EDX和HRTEM等测试手段分析不同温度下钛阳极涂层的物相组织结构、晶粒大小、组元分布和微观形貌.结果表明:在500 ℃获得的涂层物相主要由等轴状的Ti基(Ti, Ru, Ir)O2 和Ir基(Ir, Ti, Ru)O2金红石固溶体构成,晶粒尺寸分别约为15 nm和8 nm,涂层形貌呈典型"泥裂状",涂层表面出现一次裂纹和二次裂纹;在700 ℃获得的涂层组成相以Ir基(Ir, Ti, Ru)O2和Ti基(Ti, Ru, Ir)O2金红石固溶体为主,平均晶粒尺寸分别约为18 nm和12 nm,含有少量的平均晶粒尺寸约为29 nm的Ru基(Ru, Ti, Ir)O2金红石固溶体.3种固溶体的晶粒形貌均以等轴状为主,涂层表面形貌具有"泥裂状"特征,涂层表面出现一次裂纹、二次裂纹以及三次裂纹,Ir和Ru以固溶相的形式在二次裂纹边缘处析出.     

长寿命铱混合金属氧化物不溶性钛阳极在连续钢板电镀过程中的应用

近年来,中国高端应用的电镀锌钢板和食品应用的电镀锡板市场正在快速增长。若干条新的钢板电镀锌/锡线或在建造阶段,或在工程计划及设计阶段。为了减少生产停机时间,保证在钢板的宽度方向上得到高质量和均匀分布的锌/锡镀层,使用高质量和长寿命的铱混合金属氧化物（MMO）涂层的惰性钛阳极正变得越来越重要。 马赫内托特殊阳极有限公司是世界上发明和最早生产不溶性钛阳极的企业,也是欧洲和美洲电镀锌和电镀锡生产线的主要钛阳极供应商。在过去的十年,马赫内托公司始终不断开发并改进了应用于上述领域的特制铱混合金属氧化物涂层,它不仅保证了更长的阳极使用寿命及更稳定的寿命预测,而且也能根据客户的特殊需求进行阳极涂层寿命的设计。使用具有上述涂层的钛阳极经实践证明,能让电镀锌和电镀锡生产线工程师在预先安排阳极更换的时间,从而避免计划外的生产线停机,以及不均匀的锌/锡镀层的产生。     

RuO2、IrO2和Ta2O5多元氧化物涂层阳极的研究

采用H2IrCl6·H2O、RuCl3·3H2O、TaCl5及添加剂组成的复合溶液，利用溶胶-凝胶法工艺在钛基体和预镀钽的钛钽表面氧化烧结形成活性RuO2、IrO2和Ta2O5组成的多元金属氧化物涂层阳极.制备了混合金属氧化物涂层并对制备工艺及其对氧化物涂层结构和化学成分的影响进行了研究.结果表明，H2IrCl6·H2O的含量对氧化物涂层和涂层结合力有直接影响，在IrO2(H2IrCl6·H2O当量换算)含量达到7%～8%(mass)时，涂层的孔隙率出现了最低值；当热氧化烧结温度在400 ℃～500 ℃时，涂层的孔隙率出现了最低值；在钛基体预镀钽后再热分解形成RuO2、IrO2和Ta2O5涂层的表面裂纹较直接形成混合金属氧化物涂层的少.     

MMO阳极在钢筋混凝土结构中的应用

钛基混合金属氧化物阳极是一种外加电流阴极保护系统中常用的新型辅助阳极,该阳极通过在钛基体表面涂覆催化的Ti、Pt、Ir、Ta或Ru的氧化物的混合物制成,通常称为MMO阳极．这种阳极问世于20世纪60年代末,最早是由氯碱工业中采用的尺寸稳定型阳极发展而来．     

制备条件对钛基IrO2+Ta2O5涂层阳极性能的影响

研究了基体喷砂处理，涂制母液溶剂体系，添加剂等制备技术对热分解法制备钛基IrO2 Ta2O5阳极组织结构，性能的影响，结果表明，基体经喷砂处理后与氧化物涂层间的结合力加大，其阳极寿命明显提高，采用有机溶剂制备的涂层表现出典型的裂纹形貌，且晶粒细化，增大了阳极的电化学活性表面，从而提高了阳极的析氧电催化活性，加入适量添加剂可以改善涂层的致密度，能够有效地抑制活性组元的溶解，并阻止电解液在涂层中的渗透，延长了阳极的使用寿命，实验表明，添加剂含量为0．7％时改善效果最为明显。     

海水温度对金属氧化物阳极强化电解失效行为影响

采用热分解法在钛基体上制备钌铱锡金属氧化物阳极,通过SEM、EDX、循环伏安、电化学阻抗谱及强化电解寿命试验等测试方法,探求不同海水温度对于钌铱锡金属氧化物阳极强化电解失效行为的影响规律。结果表明：在5~20 ℃海水温度条件下,阳极寿命短,失效阳极的中心区域存在少量残余涂层,呈现龟裂状形貌,而边缘地带Ti基体基本暴露,涂层发生局部电化学溶解或剥落;当海水电解温度为40 ℃时,阳极寿命较长,阳极涂层发生均匀电化学溶解。另外,随着海水温度的升高,阳极电化学活性表面积增大,稳定性逐渐提高。5~20 ℃条件下阳极失效主要是由于Ru组元的选择性溶解和涂层局部剥落导致,而40 ℃条件下涂层也发生电化学溶解,但TiO2钝化膜的形成是引起阳极失效的主要原因     

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。     

金属氧化物阳极的失效行为研究

对RuTiSn、RuTiIrSnCo、IrTiTa和Pt/Ti电极在1mol/LH2SO4中的强化电解失效行为进行了研究.结果表明:IrTiTa阳极的强化电解寿命最高,Pt/Ti电极次之,RuTiSn电极最低.氧化物层的溶解消耗、剥落以及在活性层和基体间有钝化膜生成是氧化物阳极失效的几种主要原因,每种电极失效均是多种因素共同作用的结果,但不同的阳极有着不同的导致失活的主导因素.针对氧化物阳极的失效原因,提出了氧化物阳极性能改进的可能途径.     

改性钛阳极对甲醇的电催化作用

采用热分解法制备了用于甲醇电氧化的改性钛阳极 ,用三电极体系测试了电极对甲醇的电催化氧化。循环伏安测试表明 ,甲醇氧化过程中中间产物的存在抑制了甲醇在阳极上的电催化氧化 ;稳态极化曲线则表明 ,阳极涂层中采用SnSb掺杂 ,改性钛阳极的催化活性得到显著提高 ;而往阳极涂层中加入少量Ru后 ,由于Ru遏制了PtO2 的分解 ,钛阳极催化活性有所下降。对电极制备方法加以改进后 ,可明显看出Ru促进了电极对甲醇的电催化活性。     

Influence of heat treatment temperature on the electrochemical properties and corrosion behavior of RuO2-TiO2 coating in acidic chloride solution

MMO (mixed metal oxide) anodes were prepared by depositing 60RuO₂-40TiO₂ coating on titanium substrate by the thermal decomposition of Ru and Ti chloride solution. The thin oxide films were prepared at different calcination temperatures. The effect of heat treatment temperature on electrochemically active surface area was investigated by cyclic voltammetry. Stability of the mixed oxide coating during electrolysis was evaluated in 0.5 M NaCl solution using cyclic voltammetry (CV), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDX) and potentiodynamic polarization. The changes in voltammetric charge, current density and Tafel slope of cholrine evolution reaction with time were monitored during the electrolysis. The morphology and surface composition of the oxide coated anodes before and after accelerated life test (ALT) were analyzed. Deactivation process of the oxide coated anodes was also studied. High temperature preparation of the coatings can change the deactivation mechanism and improve the anodes stability through the changes in electrochemical porosity. Based on the obtained results, different mechanisms for degradation in electro catalytic activity were discussed.     

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.