钛基IrxSi1-xO2涂层阳极的制备及在电合成N2O5中的应用

摘要

五氧化二氮(N2O5)是一种新型绿色硝化剂。电化学合成N2O5过程清洁、安全,符合绿色化学的要求,是最有工业化前景的方法,成为目前的主要研究方向。阳极材料是该过程的关键材料之一,其性能的好坏直接影响电合成过程的电流效率和比能,也关系到电解系统的可靠运行。本文拟通过在金属氧化物涂层中添加SiO2的方法来提高电极的电化学稳定性,同时改善电极的电催化性能。
　　首先采用热分解法制备了系列IrxSi1-xO2/Ti电极,采用扫描电子电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学测试和强化寿命试验等研究了涂层组成对涂层电极表面形貌、涂层结构、电催化性能和电化学稳定性的影响。研究发现,SiO2的加入,抑制IrO2晶体生长,改变涂层结构,使电极变得疏松多孔,增大了涂层的表面积,提高了电极的电化学性能和稳定性。随着SiO2含量的增加,电极的电化学活性和电极的强化寿命均先增大后减小,Ir0.5Si0.5O2/Ti电极强化寿命取得最大值,约为370h。所以,较好的涂层组成中SiO2为40％-50%。
　　然后研究了焙烧温度对Ir0.5Si0.5O2/Ti涂层电极的影响。随着焙烧温度的增加,金红石型IrO2晶体越来越多,同时颗粒尺寸在持续增大,电极的电催化活性降低。电极强化寿命则先增加后减小,600℃时取得最大值。综合电极的活性和寿命,合适的焙烧温度为500-600℃。
　　最后考察了系列IrxSi1-xO2/Ti电极在N2O4/HNO3体系中电化学性能及其在电解试验中催化氧化N2O4制备N2O5的性能。随着SiO2含量和焙烧温度的增加,伏安电荷先增大后减小,电流效率也是先增加后减少,比能则先减小后增大。500℃焙烧温度下制备的Ir0.6Si0.4O2/Ti阳极的电流效率达到最大值为79%,对应的比能的最小值为0.94kWhkg-1N2O5。

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前言

第一章 文献综述

1.1电合成N2O5法

1.2电极材料的研究进展

1.3钛基涂层阳极的失效原因和寿命提高措施

1.4本课题研究的目的及意义

第二章 IrxSi1-xO2/Ti涂层电极的制备

2.1实验材料

2.2电极的制备

2.3电极的表征和测试

第三章 IrxSi1-xO2/Ti电极性能及Si的作用研究

3.1涂层组成对电极结构的影响

3.2不同IrxSi1-xO2/Ti电极的电化学性能

3.3不同IrxSi1-xO2/Ti电极的强化寿命

3.4电极表面处理

3.5本章小结

第四章 焙烧温度对Ir0.5Si0.5O2/Ti电极性能的影响

4.1焙烧温度对电极结构的影响

4.2涂层焙烧温度对电极电化学性能的影响

4.3涂层焙烧温度对电极寿命的影响

4.4 本章小结

第五章 电催化合成N2O5性能研究

5.1 IrxSi1-xO2/Ti电极在N2O4/HNO3体系中的电化学性能

5.2电解试验

5.3本章小结

第六章 结论

参考文献

发表论文情况说明

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