電極主要指原電池體系中的正負(fù)極與電解池體系中的陰陽(yáng)極材料。按電流的流向區(qū)分：輸入電流的一端稱為陽(yáng)極，輸出電流的一端稱為陰極。若按陽(yáng)極上發(fā)生反應(yīng)的類型區(qū)分：發(fā)生氧化反應(yīng)的陽(yáng)極與發(fā)生還原反應(yīng)的陰極。作為電化學(xué)反應(yīng)體系中的核心部件，陽(yáng)極材料對(duì)反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)速率、反應(yīng)機(jī)理和能耗等都有重要的影響。因此，在能源緊缺、廢水難于處理的情況下，研究出新型高性能的陽(yáng)極材料對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要的理論意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

在電化學(xué)反應(yīng)體系中，還原反應(yīng)主要發(fā)生在陰極，因此對(duì)陰極材料的要求不是太嚴(yán)格。而陽(yáng)極材料在反應(yīng)過(guò)程中主要發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致陽(yáng)極材料易于損耗，更換頻次多于陰極材料。性能優(yōu)異的陽(yáng)極材料需要滿足良好的導(dǎo)電性、高催化活性、良好的穩(wěn)定性、一定的機(jī)械強(qiáng)度等要求，如何開(kāi)發(fā)出以上特點(diǎn)的陽(yáng)極材料成為目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)話題。

電解工業(yè)的不斷發(fā)展促進(jìn)了陽(yáng)極材料的進(jìn)步與發(fā)展。E．G．Acheson于1 896年利用電熱結(jié)晶法成功制各了人造石墨，并在電解鹽工業(yè)中實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

石墨陽(yáng)極作為陽(yáng)極材料在長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其存在以下的缺點(diǎn)：當(dāng)電解液為酸性條件下，電催化降解過(guò)程中伴隨析氧反應(yīng)的發(fā)生，碳材料極易被氧化，導(dǎo)致石墨陽(yáng)極材料的膨脹變形、脫落掉渣；另一缺點(diǎn)就是碳材料的耐高溫性能較差，機(jī)械強(qiáng)度較差，在加工與運(yùn)輸過(guò)程中存在斷裂的可能。于是人們尋求金屬陽(yáng)極取代石墨陽(yáng)極以滿足工業(yè)發(fā)展的需求，金屬陽(yáng)極存在的最大問(wèn)題就是陽(yáng)極鈍化，表面易于生成鈍化膜，導(dǎo)致金屬陽(yáng)極催化活性降低甚至失去活性，比如鐵陽(yáng)極、銅陽(yáng)極。雖然鉑陽(yáng)極具有電催化活性高與較高的電流效率，但是鉑金屬價(jià)格昂貴，這就限制了它的應(yīng)用范圍，此外在酸性介質(zhì)中的鉑陽(yáng)極也易于鈍化。1948年，金屬鈦的制備獲得重大突破并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，這主要?dú)w功于美國(guó)的W．克勞爾博士發(fā)明鎂熱還原法成功制備出海綿鈦。用鈦?zhàn)鳛殛?yáng)極基體材料制備新型陽(yáng)極成為可能。1959年研究人員提出全新的構(gòu)想：以金屬鈦?zhàn)鳛榛w材料，金屬氧化物為活性層開(kāi)發(fā)新型的金屬陽(yáng)極。1 968年意大利De Nora公司率先將H．Beer的釕鈦涂層陽(yáng)極實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，鈦陽(yáng)極的發(fā)展進(jìn)入嶄新的篇章。

1、鈦陽(yáng)極的制備方法

1）熱分解法

熱分解法是將金屬氧化物的有機(jī)溶液或水溶液均勻涂刷在經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的基體表面，經(jīng)低溫烘干、高溫氧化等工序，得到所需的氧化物膜。該法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單、涂層厚度可控、陽(yáng)極表面形成許多裂紋，增加涂層的比表面積，提高陽(yáng)極催化活性。缺點(diǎn)是涂層表面易于形成泥裂狀深裂紋，涂層容易脫落。

2）溶膠一凝膠法

溶膠一凝膠法是在金屬有機(jī)化合物的溶液中，通過(guò)化合物的水解聚合，制得溶有金屬氧化物或氫氧化物微粒子的溶膠，經(jīng)一系列物理或化學(xué)反應(yīng)生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，通過(guò)低溫烘干和高溫?zé)Y(jié)后便可獲得所需的金屬氧化物納米薄膜。優(yōu)點(diǎn)是涂層析出納米顆粒、晶粒細(xì)小、涂層的致密性較好。缺點(diǎn)就是制備工藝復(fù)雜繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)。

3）電沉積法

電沉積法是將預(yù)處理后的基體作為陽(yáng)極置于金屬鹽電鍍液中，以不銹鋼為陰極，在恒定電流作用下電沉積一段時(shí)間后，在基體表面得到金屬氧化物膜。

電沉積法條制備件溫和、基體與涂層具有更強(qiáng)的結(jié)合力、最有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但是制備過(guò)程復(fù)雜、影響因素較多、能耗較大。

4）磁控濺射法

磁控濺射法是在氬氣氣氛中，在高頻高壓電場(chǎng)的作用下，形成的高能氣體離子流轟擊在靶材表面，靶材表面的原子被濺射出來(lái)沉積在基底表面上形成薄膜材料的制備方法。該方法優(yōu)點(diǎn)是所得涂層致密度較高，基體與涂層結(jié)合力較強(qiáng)，陽(yáng)極壽命得到很大程度的提高。但是所用設(shè)備昂貴，難以在大范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

除了以上四種主要的制備方法外，鈦基金屬氧化物陽(yáng)極的制備方法還包括CVD、PVD 、噴霧熱分解法等。熱分解法是制備鈦基錫銻陽(yáng)極最普遍的方法，工藝簡(jiǎn)單、儀器設(shè)備易于操作、涂層組分精確可控，特別適合一般實(shí)驗(yàn)室研究，所以本實(shí)驗(yàn)采用熱分解法制備鈦陽(yáng)極。

2、幾種常用鈦陽(yáng)極分類

鈦陽(yáng)極中涂層的選擇決定了電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，即電化學(xué)反應(yīng)類型是析氧反應(yīng)還是析氯反應(yīng)，降解原理是直接降解還是間接降解。涂層的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成對(duì)電化學(xué)反應(yīng)有著決定性的影響。目前，幾種常用鈦陽(yáng)極的研究主要包括Ir02／Ti系、Ru02／Ti系、Pb02／Ti系、Sn02／Ti系等。

Ir02／Ti陽(yáng)極為析氧陽(yáng)極，單元Ir02涂層鈦陽(yáng)極在使用過(guò)程中其活性層容易剝落，陽(yáng)極使用壽命短，通常需要添加一些其他組元來(lái)進(jìn)行改性研究。銥為貴金屬元素，價(jià)格較為昂貴，應(yīng)用范圍受到一定限制。銥系鈦陽(yáng)極的活性層易于脫落，降低陽(yáng)極催化活性；此外，該類陽(yáng)極在電催化降解有機(jī)物時(shí)陽(yáng)極槽壓會(huì)迅速升高，腐蝕幅度加快，導(dǎo)致陽(yáng)極使用壽命大大降低。

Ru02一Ti02／Ti陽(yáng)極為析氯陽(yáng)極，主要應(yīng)用于氯堿工業(yè)。Ru02一Ti02／Ti陽(yáng)極在氯堿工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中表明，Ru02一Ti02涂層與鈦基體結(jié)合性能不好、容易脫落、電流效率較低，導(dǎo)致陽(yáng)極使用壽命較短。同銥元素一樣，釕也是貴金屬元素，價(jià)格高昂。目前，Ru02／Ti系陽(yáng)極主要應(yīng)用于氯堿工業(yè)。

Pb02／Ti陽(yáng)極對(duì)廢水中有機(jī)物具有很強(qiáng)的降解能力，如一些生物難降解有機(jī)廢水，最終有機(jī)物的降解產(chǎn)物為C02和H20]。Pb02／Ti陽(yáng)極主要應(yīng)用與強(qiáng)酸溶液中鍍鉻、電解冶煉鋅和銅等、廢水處理、油水分離等。但是Pb02／Ti系陽(yáng)極在使用過(guò)程中難免存在鉛離子脫落到電解液中的風(fēng)險(xiǎn)，造成二次污染。Sn02／Ti陽(yáng)極是指在鈦基體上以氧化錫為活性組分的陽(yáng)極材料，是一種很有前途的非貴金屬系鈦基金屬氧化物陽(yáng)極。在常溫下Sn02具有很高的電阻率，因此不能直接作為陽(yáng)極材料使用。摻雜Sb可有效改善Sn02的導(dǎo)電性能，，Sb氧化物與Sn02兩者之間會(huì)形成連續(xù)固溶體，Sb起到支撐與提高Sn02穩(wěn)定性的作用。因此，經(jīng)Sb摻雜改性的的Sn02可以作為陽(yáng)極的涂層使用。研究證明Sb摻雜的Sn02．Sb／Ti陽(yáng)極表現(xiàn)出較高的析氧電位和較強(qiáng)的·OH生成能力，因此對(duì)有機(jī)物表現(xiàn)出良好的電催化氧化活性，在廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用研究。表1總結(jié)了這幾種鈦基金屬氧化物陽(yáng)極的特征。