一种提高贵金属氧化物涂层中贵金属含量的方法

摘要

本发明公开了一种提高贵金属氧化物涂层中贵金属含量的方法，将贵金属和非贵金属组元分别溶解到相应的溶剂中，互相混合均匀形成前驱物溶液；将前驱物溶液涂覆在预处理过的基体上，红外灯下使溶剂挥发，重复涂覆-挥发多次直至前驱液完全用完；低于400℃温度下烧结0.5~1.5小时，重复多次；然后在400～550℃温度下热分解形成贵金属氧化物涂层。本发明可以将涂层中的贵金属含量从原液含量的60-70%增加到原液含量的85-96%，显著改善涂层的电化学性能。

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，更具体涉及一种提高贵金属氧化物涂层中贵金属含量的方法。

背景技术

铱系涂层兼具良好的电催化性能和电化学稳定性被认为是最佳的析氧阳极，Ru系涂层以高活性和较好是寿命成为最佳的析氯阳极，Pt、Rh、Pd等贵金属元素也是活性涂层的重要研究对象。无论是析氯阳极还是析氧阳极，都必须含有贵金属元素Ir、Ru等活性贵金属元素。研究表明电极性能很大程度上取决于涂层中贵金属的含量（Yoshio Takasu等. Oxygen reduction behavior of RuO₂/Ti, IrO₂/Ti and IrM (M: Ru, Mo, W, V) O_x/Ti binary oxide electrodes in a sulfuric acid solution. Electrochemistry Communications, 2008,10(4): 668-672）。热分解法是制备钛阳极的主要方法之一。热分解制备技术包含以下步骤：前驱物溶解在合适的溶剂中，前驱物溶液涂覆在预处理过的钛基体上，红外灯下让溶剂蒸发，继续涂覆蒸发反复几次直至涂夜完全用完，最后在400～550℃左右热分解，最终在钛基体上形成几个微米厚的氧化物层。在热分解法制备铱系和Ru系等贵金属氧化物涂层的过程中，前驱体的分解过程起了决定性的作用。有学者对MCl₃·nH₂O和H₂MCl₆·nH₂O的热解过程(其中M代表贵金属元素) 进行研究（Guang W J, Krishnan R. Thermal and Electrochemical Analyses of Some Noble Metal Compounds. Journal of The Electrochemical Society, 1987,134(4):1830. 胡吉明,吴继勋,孟惠民,等.氯盐制备IrO₂+Ta₂O₅混合氧化物阳极的热解形成过程.稀有金属材料与工程,2000,29(2):132-136），发现贵金属含量都有所损失，但都未提及原液中贵金属含量和烧结最终产品中贵金属含量，所测定的电化学性能都是建立在在热分解过程中没有活性组元流失的前提。其他铱系和钌系贵金属氧化物涂层的研究也都着重相组成、相结构和电化学性能。然而，分别测定原液中和热分解后钛阳极上贵金属的含量，发现原液中的贵金属含量与涂层中贵金属含量很不一致，一般仅能保留原液中的60~70%。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高贵金属氧化物涂层中贵金属含量的方法，可以将涂层中的贵金属含量从原液含量的60-70%增加到原液含量的85-96%，显著改善涂层的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高贵金属氧化物涂层中贵金属含量的方法包括以下步骤：

（1）配制前驱物溶液：将贵金属和非贵金属组元分别溶解到相应的溶剂中，互相混合均匀形成前驱物溶液；

（2）涂覆：将前驱物溶液涂覆在预处理过的基体上，红外灯下使溶剂挥发，重复涂覆-挥发多次直至前驱液完全用完；

（3）烧结：低于400℃温度下烧结0.5~1.5小时，重复多次；然后在400～550℃温度下热分解形成贵金属氧化物涂层。

所述的贵金属为Ir或Ru。所述的基体为钛或钽。

本发明的显著优点在于：本发明可以将涂层中的贵金属含量从原液含量的60-70%增加到原液含量的85-96%，有效改善涂层中相的组成，未发现有害相贵金属单质。

具体实施方式实施例1

RuCl₃溶解到无水乙醇中，后将RuCl₃无水乙醇溶液与TiCl₃溶液按照0.3mol RuO₂和0.7mol TiO₂混合，成为前驱物溶液。按照贵金属含量为8g/m²计算所需混合溶液，将前驱物溶液涂覆在预处理过的钛基体上，150℃左右的红外灯下让溶剂蒸发，蒸发后继续涂覆，蒸发反复几次直至前驱液完全用完。350℃的温度下烧结0.5小时；然后在450℃热分解1小时，最终在钛基体上形成氧化物层。若未经过350℃的温度下烧结0.5小时，涂层中贵金属含量与原液比较，仅为原液的70%，而经过350℃的温度下烧结0.5小时，涂层中贵金属含量达到原液的92%。这两者的电化学性能相差较大，如析氯电位可从1.09V（vs SCE）降低到0.98V（vs SCE）。

实施例2

IrCl₃溶解到无水乙醇中，后将IrCl₃无水乙醇溶液与TiCl₃溶液按照0.3mol IrO₂和0.7mol TiO₂混合，成为前驱物溶液。按照贵金属含量为8g/m²计算所需混合溶液，将前驱物溶液涂覆在预处理过的钛基体上，150℃左右的红外灯下让溶剂蒸发，蒸发后继续涂覆，蒸发反复几次直至前驱液完全用完。350℃的温度下烧结0.5小时；然后在450℃热分解1小时，最终在钛基体上形成氧化物层。若未经过350℃的温度下烧结0.5小时，涂层中贵金属含量与原液比较，仅为原液的60%，而经过350℃的温度下烧结0.5小时，涂层中贵金属含量达到原液的85%。这两者的电化学性能相差较大，如析氯电位可从1.11V（vs SCE）降低到1.05V（vs SCE）。

实施例3

RuCl₃和IrCl₃溶解到无水乙醇中，后将RuCl₃无水乙醇溶液和IrCl₃无水溶液与TiCl₃溶液按照0.15mol RuO₂、0.15mol IrCl₃和0.7mol TiO₂混合，成为前驱物溶液。按照贵金属含量为8g/m²计算所需混合溶液（Ru和Ir都为贵金属），将前驱物溶液涂覆在预处理过的钛基体上，150℃左右的红外灯下让溶剂蒸发，蒸发后继续涂覆，蒸发反复几次直至前驱液完全用完。350℃的温度下烧结0.5，1和1.5小时；然后在450℃热分解1小时，最终在钛基体上形成氧化物层。若未经过350℃的温度下烧结，涂层中贵金属含量与原液比较，仅为原液的65%，而经过350℃的温度下烧结，涂层中贵金属含量达到原液的88%，92%和95%。

实施例4

RuCl₃和IrCl₃溶解到无水乙醇中，后将RuCl₃无水乙醇溶液和IrCl₃无水溶液与TiCl₃溶液按照0.15mol RuO₂、0.15mol IrCl₃和0.7mol TiO₂混合，成为前驱物溶液。按照贵金属含量为8g/m²计算所需混合溶液（Ru和Ir都为贵金属），将前驱物溶液涂覆在预处理过的钛基体上，150℃左右的红外灯下让溶剂蒸发，蒸发后继续涂覆，蒸发反复几次直至前驱液完全用完。400℃的温度下烧结0.5，1和1.5小时；然后在450℃热分解1小时，最终在钛基体上形成氧化物层。若未经过400℃的温度下烧结，涂层中贵金属含量与原液比较，仅为原液的65%，而经过400℃的温度下烧结，涂层中贵金属含量达到原液的85%，89%和91%。

实施例5

RuCl₃和IrCl₃溶解到无水乙醇中，后将RuCl₃无水乙醇溶液和IrCl₃无水溶液与TiCl₃溶液按照0.15mol RuO₂、0.15mol IrCl₃和0.7mol TiO₂混合，成为前驱物溶液。按照贵金属含量为8g/m²计算所需混合溶液（Ru和Ir都为贵金属），将前驱物溶液涂覆在预处理过的钛基体上，150℃左右的红外灯下让溶剂蒸发，蒸发后继续涂覆，蒸发反复几次直至前驱液完全用完。350℃的温度下烧结0.5小时；分别重复2、3、4次，然后在450℃热分解1小时，最终在钛基体上形成氧化物层。若未经过350℃的温度下烧结，涂层中贵金属含量与原液比较，仅为原液的65%，而经过350℃的温度下烧结并重复，涂层中贵金属含量也可达到原液的88%，95%和96%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。