旋流電解是一種新型金屬電沉積方式，它充分利用溶液的高流速來降低電極反應過程中濃差極化對反應速度的影響，可大幅度提高電解效率，具有污染小、效率高、沉積速度快等優勢。陽極是旋流電解的核心部件。析氧環境中，要求陽極材料具有良好的物理、化學穩定性和抗腐蝕能力，良好的催化活性和對反應物的選擇專一性，并且還要有良好的導電性和長使用壽命。而在析氧領域，Ir系涂層具有良好的活性和使用壽命，一直以來是關注的重點。研究中雖取得了一些進展，但仍有一些問題沒有解決。為此，研究了以鈦為基體，通過不同的噴砂級配和化學處理使鈦表面粗糙，增大比表面積，增大涂層和基材的結合力。相同環境下，Ti、Ni和Ta的耐腐蝕電位依次升高。鈦失效原因之一是在鈦基體與涂 層之間形成一層鈍化層，使涂層中的反應活性物質失效。因此，采用先在鈦基體上涂刷一層鉭鹽，高溫燒結后，鈦表面結合了一層高耐腐蝕電位的鉭，然后再涂刷活性涂層，從而使鈦陽極具有更長的壽命。在諸多氧化物電極中，RuO₂對氧析出反應具有較好的催化活性，在涂層溶液中摻入微量RuO₂可以使涂層活性增加。本研究中所有涂層的制備都采用熱分解法。

1、試驗過程

1.1 樣品制備

對尺寸為50mm×50mm×3mm的TA1鈦板按不同壓力、不同顆粒級配的石英砂經過表面噴砂處理，然后再在草酸溶液中煮沸3h，使其粗糙度和比表面積達到最大，最后去油處理，清水沖洗干凈，烘干后放入無水乙醇中保存。

將五氯化鉭(TaCl₅ )、氯銥酸(H₂IrC1₆)、四氯化釕(RuCl₄)按一定比例混合后溶于含有少量鹽酸的異丙醇和正丁醇溶劑中。將溶液均勻涂覆在多孔鈦板上，在紅外燈下烘干后置于馬弗爐內熱分解15min，取出冷卻，然后重復涂至需要的厚度，最后進行1h的保溫，最終制得所需要的鈦陽極涂層。

1.2 強化壽命測定

把制備好的多孔鈦板加工成10mm×10mm樣品。電解強化壽命試驗在1mol/L H2SO4溶液、40kA/m2、(60±5)℃ 條件下進行。電解電壓相對于電解初始值升高10V所經歷的時間即為電極的強化壽命。

2、結果與討論

2.1 旋流電解用鈦陽極的微觀結構分析旋流電解用鈦陽極的掃描電鏡圖如圖1所示，傳統銥鉭陽極的掃描電鏡圖如圖2所示。可以看出：傳統銥鉭陽極晶粒多團簇在一起，陽極涂 層在反應氣流的沖刷下更容易脫落，活性區域并沒有完全打開；而在摻雜了釕的活性涂層中，活性區域更為均勻地擴散開來，涂層與基體的結合力也更為緊密，涂層不容易脫落。

旋流電解用鈦陽極的晶粒結構較為均勻。由于涂層陽極的中間首先涂覆了一層鉭，增大了耐腐蝕電位，相當于延長了涂層的壽命，而從實際測試結果來看，相比于中間沒有鉭層的Ir系涂層來說，強化壽命延長了很多。通過在Ir系涂層中摻雜Ru，增大了涂層的反應活性，使得相同條件下，摻雜Ru的Ir系涂層具有更低的槽電壓。

在酸性環境中，由于原生態的H 原子具有極強的還原性能，使得陽極中的活性物質被還原，從而失去活性；而旋流電解用鈦陽極由于鉭層的存在，大大增大了抗腐蝕能力，降低了陽極中的活性物質被還原的幾率，而通過涂刷之前的幾道表面處理工序，鈦陽極比表面積大大增加，遠遠大于傳統的陽極，結構更加緊密，具有更強的抗還原能力，更加適合酸性電解環境。

2.2 旋流電解用鈦陽極和傳統的銥鉭陽極極化曲線對比

在諸多的氧化物電極中，RuO₂對氧的析出反應具有較好的催化活性 。但從圖3看出，在單位電流密度下，旋流電解用鈦陽極的槽電壓比傳統的銥鉭陽極的槽電壓略微升高。這是由于中間的鉭層在高溫燒結之后會生成Ta₂O₅，增大了陽極電阻所致。但相比于其對陽極壽命和涂層與基材的結合力的貢獻來說，影響還是微不足道的。

3、結論

旋流電解用鈦陽極的晶粒結構較為均勻。由于在涂層陽極中間首先涂覆了一層鉭，增大了耐腐蝕電位，相當于延長了涂層壽命；而從實際測試結果來看，相比于中間沒有鉭層的Ir系涂層來說，強化壽命延長了很多。通過在Ir系涂層中摻雜Ru，增大了涂層的反應活性，使得相同條件下，摻雜Ru的Ir系涂層有更低的槽電壓。在單位電流密度下，旋流電解用鈦陽極的槽電壓會比傳統的銥鉭陽極的槽電壓略有升高，這是由于中間層鉭鹽在高溫燒結之后會生成Ta₂O₅，增大了陽極電阻，但相比于其對陽極壽命和涂層與基材的結合力的貢獻來說，影響還是微不足道的。

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