一種制作Cu/Ti雙層納米電極的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電極制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用Ti納米電極為基底制作Cu/Ti雙層納米電極的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米科技的思想最早可追溯到1959年，美國物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者R.Feynman在美國物理學(xué)會(huì)上提出的原子組裝的概念。然而，“納米材料”真正以一種新材料類別的概念被提出，則是在20世紀(jì)80年代。1990年，在美國Baltimore召幵了第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)討論會(huì)，標(biāo)志著“納米”成為科學(xué)發(fā)展史的一個(gè)里程碑。此后，人類對(duì)于這種介于原子、分子和宏觀物質(zhì)之間的納米材料的研究，成為國際材料科學(xué)的一大研究熱點(diǎn)。
[0003]納米材料通常是指在三維空間中至少有一維的尺度處于納米尺度范圍(I?10nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成具有不同于常規(guī)材料理化性質(zhì)的材料。由于納米材料幾何尺寸小、比表面積大，表面原子數(shù)、表面張力、表面能隨粒徑下降急劇增大，從而具有小尺寸效應(yīng)等傳統(tǒng)材料所不具備的效應(yīng)，進(jìn)而表現(xiàn)出優(yōu)異于傳統(tǒng)材料的物理、化學(xué)性質(zhì)。
[0004]Ti納米材料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)生物無毒害作用的優(yōu)點(diǎn)；Cu納米材料具有非常大的表面積，除此之外其表面上活性中心數(shù)目也很可觀，因此，在化工領(lǐng)域以及冶金領(lǐng)域中是被越來越多的使用。單一的Ti和單一的Cu制作的單層Ti納米電極和單層Cu納米電極存在在高溫條件下容易剝落，效果不穩(wěn)定，效率相對(duì)低的問題。
[0005]目前常用的制備納米電極的方法有水熱法、模板法和陽極氧化法等。其中水熱法合成納米電極需要在高溫高壓條件下完成，因而對(duì)材質(zhì)和安全要求較嚴(yán)格，且設(shè)備復(fù)雜，成本較高。模板法可以大量制備規(guī)則且形貌可控的納米、微米材料，但其生成物對(duì)模板依賴性高，同時(shí)還受模板形貌的限制，工藝復(fù)雜，重現(xiàn)性比較差。陽極氧化法是合成納米材料的重要方法，形成的納米管排列整齊有序，可通過改變陽極電位、電解液、氧化時(shí)間等條件得到不同尺寸和形貌的納米管陣列。
[0006]在陽極氧化法制作納米電極方面，已經(jīng)有以鉑片作輔助電極，在一定濃度氫氟酸電解液中，采用電化學(xué)陽極氧化法制備出了 Ti納米電極；還有利用石墨板作陰極，以CuSO4和比504的混合溶液等作電解質(zhì)，制作Cu納米電極。這些方法都存在納米電極在高溫條件下易剝落，效果不穩(wěn)定等問題。許多學(xué)者對(duì)于納米電極的制作進(jìn)行了研究，而在納米電極的制作過程中，還未發(fā)現(xiàn)使用金屬Ti為基底，制作Cu/Ti雙層納米電極的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用Ti納米電極為基底制作Cu/Ti雙層納米電極的方法，使用以石墨板作為陰極，以Ti板作為陽極制作Ti納米電極，再以Cu板作為陽極，以Ti納米電極為陰極，在一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)槽中來制作Cu/Ti雙層納米電極，無需其他輔助的處理裝置。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]—種采用Ti納米電極為基底制作Cu/Ti雙層納米電極的方法，使用以石墨板作為陰極，Ti板作為陽極，制作Ti納米電極；再以Cu板作為陽極，Ti納米電極為陰極，在一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)槽中來制作Cu/Ti雙層納米電極，無需其他輔助的處理裝置；具體包括如下步驟:
[0010]步驟1:用100?400目的粗細(xì)兩種金相砂紙分別打磨Ti板；
[0011]步驟2:將打磨好的Ti板，用去離子水超聲清洗10?30分鐘；
[0012]步驟3:將超聲清洗后的Ti板吹干待用；
[0013]步驟4:采用恒壓陽極氧化法處理電極，陽極氧化采用的電源為直流穩(wěn)壓電源；具體為:采用石墨電極為輔助電極即陰極，采用步驟3吹干后的Ti板為工作電極即陽極，在乙酸溶液中加入占乙酸溶液質(zhì)量0.01?0.10%的氫氟酸形成的混合液作為電解液，在設(shè)定的氧化電壓10?60V條件下，氧化30?180分鐘；在陽極的表面會(huì)形成微觀雙層納米管結(jié)構(gòu)，其電極表面納米管形成的原理是:在施加電壓的瞬間，陽極表面附近的水電離產(chǎn)生O2，同時(shí)鈦快速溶解，陽極電流增大產(chǎn)生大量Ti4+，產(chǎn)生的Ti4+與O2迅速反應(yīng)，電解液中的F-在電場(chǎng)的作用下，致使氧化鈦?zhàn)钃鯇颖砻嫘纬刹灰?guī)則的凹痕；隨著氧化時(shí)間的延長，凹痕逐漸發(fā)展成孔核，孔核在場(chǎng)致和化學(xué)溶解作用下成為小孔，小孔的密度不斷增加，最后均勻分布在Ti板表面形成有序結(jié)構(gòu)，其反應(yīng)式為下式(I) 一(4);
[0014]步驟5:待反應(yīng)完成后將Ti納米電極取出，放入100?250g/l的硫酸銅和60?180g/l硫酸組成的混合溶液中，Cu板為陽極，Ti納米電極為陰極，在設(shè)定電流0.01-0.3A的條件下，電鍍5-60秒，去離子水超聲清洗后，再干燥即得到成品Cu/Ti雙層納米電極；電極表面雙層納米電極形成的原理是:在直流電源的作用下，電流通向陽極，陽極Cu板不斷失去電子氧化成金屬離子擴(kuò)散到溶液中(陽極的溶解過程)，失去的電子在電源電勢(shì)的驅(qū)動(dòng)下，向電流反方向運(yùn)動(dòng)，通過直流電源富集到陰極上，銅離子在陰極上不斷得到電子而還原成金屬鍍層，其反應(yīng)式為下式(5)。整個(gè)過程發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下:
[0015]H20 —2H++02 (I)
[0016]T1-4e —Ti4+ (2)
[0017]Ti4++202 — T1 2 (3)
[0018]Ti02+6F +4H+— TiF 62 +2H20 (4)
[0019]Cu2++2e — Cu (5)
[0020]步驟I所述Ti板中鈦含量為99.0?99.9%，厚度為0.1?1mm。
[0021]步驟I所述Ti板形狀為板狀、網(wǎng)狀、圓筒形或線狀，根據(jù)需要而定。
[0022]步驟5所述Cu板中銅含量為99.0?99.9%，厚度為0.1?5mm。
[0023]步驟5所述Cu/Ti雙層極板中鍍銅層厚度為0.1?1mm。
[0024]步驟5所述Cu板形狀為板狀、網(wǎng)狀、圓筒形或線狀，根據(jù)需要而定。
[0025]步驟5所使用的電解槽的形狀為圓柱形或四方柱形，陽極和陰極置于電解槽中，陽極和陰極間用高分子離子交換膜隔開，使電解槽成為多槽形式；或陽極和陰極間不放置高分子離子交換膜，使電解槽成為單槽形式。
[0026]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0027](I)采用陽極氧化方式，以Ti為基底制作Cu/Ti雙層納米電極，能夠減少納米管的坍塌、增加納米電極的比表面積、提高其催化活性。
[0028](2)所有處理在單一的反應(yīng)裝置中完成。
[0029](3)反應(yīng)器制作簡(jiǎn)單、操作方便，成本低。
【附圖說明】
[0030]圖1為實(shí)施例1未處理Ti板表面。
[0031]圖2為實(shí)施例1制作的Ti納米電極表面。
[0032]圖3為實(shí)施例2制作的以Ti納米電極為基底的Cu/Ti雙層納米電極表面。