一种电极用钛基底的预处理方法与流程

本发明属于环境保护废水处理技术领域，具体属于一种电极用钛基底的预处理方法。

背景技术：

电极材料在电镀、冶金、环保、能源、化工合成等诸多领域有广泛的应用，而钛基底由于其优异的稳定性和良好的导电性，在电极材料领域经常作为电极催化剂的载体和集流体使用。因此在作为载体和集流体使用时往往需要电极催化剂与基底钛之间结合力比较强，避免催化剂层从电极表面脱落，从而影响电极寿命。

传统的提高电极催化剂与钛基底之间的结合力的措施包括有钛基底的酸碱清洗，以便去除表面黏附的氧化物、油脂等有机和无机杂质，还有在钛基底上涂敷金属氧化物中间层，如二氧化钛中间层、氟掺杂氧化锡中间层、氧化铅中间层等，也有通过砂纸打磨或者喷砂工艺提高电极表面的粗糙度从而增加表面催化剂和钛基底的结合力。

然而由于各种局限性，目前的钛基底预处理工艺仍旧难以满足要求，开发新型高效的钛基底预处理技术，从而提高电极催化剂与钛基底的结合力具有实际应用价值。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种电极用钛基底的预处理方法，该方法方便高效，促进了钛基底与催化剂层之间的结合力，提高钛基底电极的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电极用钛基底的预处理方法，具体步骤如下：

s1、将钛基底在酸或碱溶液中煮沸10min～60min，清洗；

s2、将步骤s1中的处理过的钛基底进行阳极氧化刻蚀，刻蚀结束后清洗，得到表面生成规整的钛纳米管阵列结构的钛基底。

进一步的，步骤s1中，所述酸溶液的质量浓度为2％～15％，所述酸溶液为草酸或盐酸；所述碱溶液的质量浓度为5％～30％，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

进一步的，步骤s1中，所述钛基底采用超纯水进行清洗。

进一步的，步骤s2中，所述阳极氧化刻蚀的电解液为乙二醇、水和氟化铵的混合溶液。

进一步的，步骤s2中，所述乙二醇与水的体积比是(2～10)：1，氟化铵的质量浓度为0.1％～1.0％。

进一步的，步骤s2中，所述阳极氧化刻蚀时，阳极为步骤s1处理后的钛基底。

进一步的，步骤s2中，所述阳极氧化刻蚀时，阴极为铂、钛、不锈钢等材料组成的片状、网状或丝状的物体。

进一步的，步骤s2中，所述阳极氧化刻蚀时，阴阳两电极之间距离为1cm～10cm，电解电压为10～70v，电解时间为0.5h～5h。

进一步的，步骤s2中，所述清洗采用去离子水或稀盐酸溶液进行超声清洗，所述清洗时间为1min～10min。

进一步的，步骤s1中，所述钛基底为钛片、钛网、钛棒或泡沫钛。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种电极用钛基底的预处理方法，将钛基底先在酸或碱溶液中进行处理，去除钛基底表面的氧化物或油脂等杂质，为后续的阳极刻蚀奠定基础；通过阳极氧化刻蚀在钛基底表面形成规整的纳米管阵列结构，使钛基底的表面粗糙度得到大幅提高，电极催化剂甚至可以扩散深入纳米管内部，这种结构大大增加了表面电极催化层与钛基底表面的结合力，从而能大幅提高电极寿命。

进一步的，本发明的电解液中水能提供电解的质子，乙二醇起到溶剂作用，降低电解时产生的质子浓度，从而控制刻蚀速率；氟化铵作为电解质，也提供氟离子生成氟化氢，氟化氢进一步刻蚀钛基底，生成规整的钛纳米管结构。

进一步的，进行阳极氧化刻蚀时，阴阳两电极之间距离为1cm～10cm，电解电压为10～70v，电解时间为0.5h～5h，采用这样的电解条件能使得到纳米管阵列结构更加规整，更易于电极催化层与钛基底表面的结合。

附图说明

图1草酸煮过的钛基底表面微观结构；

图2阳极氧化后钛基底表面的微观结构；

图3超声清洗后钛基底表面的微观结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种电极用钛基底的预处理方法，具体步骤如下：

步骤一、将钛基底在质量浓度为酸或碱溶液中煮沸10～60min，至溶液呈棕色，将酸或碱煮过的钛基底用超纯水冲洗干净；酸或碱煮沸处理用于去除钛基底表面的氧化物、油脂等无机和有机杂质。

优选的，钛基底包括钛片、钛网、钛棒、泡沫钛等不同形状的钛材料。

优选的，酸溶液的质量浓度为2％～15％，酸溶液为草酸或盐酸；

优选的，碱溶液的质量浓度为5～30％，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

步骤二、进行阳极氧化刻蚀：

阳极为酸或碱溶液中煮过的钛基底；

阴极为铂、钛、不锈钢等材料组成的片状、网状、丝状物体；

电解液为乙二醇、水及氟化铵混合溶液，其中，乙二醇与水的体积比是(2～10)：1，氟化铵(nh4f)的质量浓度为0.1～1.0％。

阴阳两电极之间距离为1cm～10cm，电解电压为10～70v，电解时间为0.5h～5h，阳极氧化刻蚀电解完之后，置于去离子水或稀盐酸溶液中超声清洗1min～10min，即完成了钛基底的预处理，得到表面具有规整的钛纳米管阵列结构的钛基底。

阳极刻蚀主要是由于阳极电解过程中产生高浓度氢离子，与刻蚀液中的f离子形成高浓度氟化氢，对钛材料有很好的刻蚀作用。

实施例1：

将钛网放置于10％草酸溶液中煮沸60min。钛网基底表面形成凹凸不平的蜂窝状麻面，如图1所示。将上述草酸煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为5：1，氟化铵质量浓度为0.5％，将草酸煮过的钛网做阳极，另选一钛网做阴极，保持两电极距离2cm，在30v电压下电解2.5h，获得表面结构如图2所示的表面具有纳米管阵列结构但被杂物部分覆盖的钛基底。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗1min，获得如图3所示结构的钛基底，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。

实施例2：

将钛片放置于15％草酸溶液中煮沸10min。将上述草酸煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为10：1，氟化铵质量浓度为1.0％，将草酸煮过的钛片做阳极，铂片做阴极，保持两电极距离1cm，在70v电压下电解0.5h。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗10min，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。

实施例3：

将钛棒放置于2％草酸溶液中煮沸30min。将上述草酸煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为2：1，氟化铵质量浓度为0.8％，将草酸煮过的钛棒做阳极，不锈钢片做阴极，保持两电极距离5cm，在50v电压下电解1h。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗5min，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。

实施例4：

将泡沫钛放置于5％盐酸溶液中煮沸60min。将上述盐酸煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为8：1，氟化铵质量浓度为0.1％，将盐酸煮过的泡沫钛做阳极，钛丝做阴极，保持两电极距离10cm，在10v电压下电解5h。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗10min，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。

实施例5：

将钛片放置于15％盐酸溶液中煮沸10min。将上述盐酸煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为3：1，氟化铵质量浓度为0.6％，将盐酸煮过的钛片做阳极，铂丝做阴极，保持两电极距离2cm，在30v电压下电解2.5h。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗10min，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。

实施例6：

将钛片放置于5％氢氧化钠溶液中煮沸10min。将上述氢氧化钠煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为3：1，氟化铵质量浓度为0.6％，将氢氧化钠煮过的钛片做阳极，铂丝做阴极，保持两电极距离2cm，在30v电压下电解2.5h。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗10min，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。

实施例7：

将钛棒放置于20％氢氧化钾溶液中煮沸30min。将上述氢氧化钾煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为2：1，氟化铵质量浓度为0.8％，将氢氧化钾煮过的钛棒做阳极，不锈钢片做阴极，保持两电极距离5cm，在50v电压下电解1h。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗5min，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。

实施例8：

将钛片放置于30％氢氧化钠溶液中煮沸10min。将上述氢氧化钠煮过的钛基底置于电解液中，其中乙二醇与水体积比为10：1，氟化铵质量浓度为1.0％，将氢氧化钠煮过的钛片做阳极，铂片做阴极，保持两电极距离1cm，在70v电压下电解0.5h。将此钛基底在3％的盐酸溶液中超声清洗10min，基底被整齐的钛纳米管阵列覆盖，该结构即为完成预处理的钛基底。