本發(fā)明涉及電催化電極，具體是一種基于前驅(qū)體分子錨定策略的原子級銥調(diào)控涂層電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、在工業(yè)消殺與氯堿領(lǐng)域，電極的性能優(yōu)劣直接關(guān)乎生產(chǎn)效率、成本控制及可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)催化電極長期存在諸多棘手問題，嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。
2、從性能層面看，其催化活性不足，致使反應(yīng)速率低下，在工業(yè)消殺中難以快速有效地殺滅有害微生物，在氯堿生產(chǎn)里無法高效驅(qū)動電解反應(yīng)，造成生產(chǎn)周期延長、產(chǎn)能受限。例如，部分商用電極在常規(guī)工作條件下，單位時間內(nèi)的消毒效率僅能達(dá)到理想值的60％左右，氯堿生產(chǎn)中的電流效率也處于較低水平，極大增加了生產(chǎn)的時間與能源成本。
3、壽命方面，傳統(tǒng)電極更是短板盡顯。在持續(xù)工作過程中，涂層易受化學(xué)侵蝕、電化學(xué)溶解及機(jī)械應(yīng)力等因素影響而快速損耗。如在高電流密度工況下，涂層可能短時間內(nèi)就出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，致使電極活性面積銳減，性能急劇衰退。據(jù)統(tǒng)計，某些電極在使用數(shù)百小時后，性能就降至初始的50％以下，頻繁更換電極不僅增加設(shè)備維護(hù)成本與停機(jī)時間，還降低了生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性。
4、在催化效率維度，低下的效率導(dǎo)致大量能源在反應(yīng)過程中被無端浪費，增加企業(yè)生產(chǎn)成本的同時，加劇了能源供應(yīng)壓力，與當(dāng)下節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢背道而馳。
5、有機(jī)小分子催化劑雖曾為氯堿工業(yè)節(jié)能降耗帶來希望曙光，但實際應(yīng)用時困難重重，難以有效解決現(xiàn)有電極困境。因此，研發(fā)一種全新制備技術(shù)，實現(xiàn)原子層級的精準(zhǔn)調(diào)控，全方位提升電極性能、延長使用壽命并提高催化效率，成為工業(yè)消殺與氯堿領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵課題，對推動產(chǎn)業(yè)升級、提升經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益意義深遠(yuǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于前驅(qū)體分子錨定策略的原子級銥調(diào)控涂層電極及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、第一方面，本發(fā)明公開了一種基于前驅(qū)體分子錨定策略的原子級銥調(diào)控涂層電極的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、于20-60℃下，將銥鹽溶解于溶劑中，加入前驅(qū)體、活化金屬鹽混合均勻后，調(diào)節(jié)ph值至酸性，經(jīng)過30-90min螯合反應(yīng)后得到具有穩(wěn)定配位結(jié)構(gòu)的涂液；
5、s2、將所述涂液涂覆于經(jīng)過預(yù)處理的鈦基體表面，進(jìn)行熱處理，重復(fù)涂覆-熱處理至少三次后，得到表面燒結(jié)有銥涂層的電極材料。
6、進(jìn)一步的方案：步驟s1中，所述前驅(qū)體為硫脲、三聚氰胺、咪唑、乙二胺四乙酸、酞菁中的至少一種，通過其中的氮原子可與銥離子形成五元環(huán)螯合結(jié)構(gòu)。
7、進(jìn)一步的方案：步驟s1中，所述活化金屬鹽為ta鹽、ru鹽、co鹽、ni鹽、mn鹽中的至少一種。
8、進(jìn)一步的方案：步驟s1中，所述ph值為2-6。
9、進(jìn)一步的方案：步驟s1中，所述銥鹽的濃度為0.008m-0.015m，前驅(qū)體的濃度為0.08m-0.12m，活化金屬鹽的濃度為0.008m-0.016m。
10、進(jìn)一步的方案：所述涂液中，銥鹽、前驅(qū)體、活化金屬鹽的摩爾質(zhì)量比為(8-15)：(80-120)：(8-15)。
11、進(jìn)一步的方案：步驟s1中，所述溶劑為水、乙醇、乙二醇、丙酮中的至少一種。
12、進(jìn)一步的方案：步驟s2中，所述熱處理為煅燒，煅燒溫度為400-600℃，煅燒時間為5-20min。
13、第二方面，本發(fā)明公開了一種采用上述制備方法所制得的涂層電極，涂層中銥以原子級形式分散。
14、進(jìn)一步的方案：所述涂層電極在硫酸體系中1a/cm2電流密度下持續(xù)工作200小時后電壓上升值小于1v。
15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
16、本發(fā)明所采用的特定分子錨定技術(shù)，通過與金屬原子構(gòu)建穩(wěn)定配位結(jié)構(gòu)，有效約束金屬原子的遷移與團(tuán)聚行為。其中，作為前驅(qū)體的配位分子憑借占據(jù)空間優(yōu)勢，增大金屬原子間距，極大降低團(tuán)聚可能性，使金屬原子在基底表面呈分散狀態(tài)。例如，咪唑衍生物與金屬離子螯合并與載體發(fā)生反應(yīng)，牢固錨定金屬原子，防止其隨意移動和聚集。
17、在電子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)方面，前驅(qū)體分子可精準(zhǔn)改變金屬原子氧化態(tài)，增強(qiáng)金屬-載體相互作用，顯著提升燒結(jié)穩(wěn)定性。經(jīng)此處理，金屬原子在燒結(jié)過程中保持良好分散性，燒結(jié)所需溫度與時間大幅降低，有效提高燒結(jié)效率，進(jìn)一步減少團(tuán)聚風(fēng)險，成功實現(xiàn)單原子燒結(jié)及原子級均勻分布，提高涂層高度均一性，確保催化反應(yīng)化學(xué)環(huán)境穩(wěn)定一致，有力保障催化界面的穩(wěn)定性。相較于傳統(tǒng)涂層因金屬原子分布不均，易引發(fā)局部失活或涂層受損的狀況，本發(fā)明電極在工業(yè)消殺與氯堿應(yīng)用中展現(xiàn)出卓越性能。在長期運(yùn)行過程中，電壓穩(wěn)定性極佳，衰減率顯著低于傳統(tǒng)電極。
18、在1a/4a恒流、1m硫酸溶液條件下持續(xù)工作200h后，電壓穩(wěn)定性仍保持在較高水平，而傳統(tǒng)電極電壓波動劇烈，穩(wěn)定性大幅下降，充分彰顯本發(fā)明電極在提升電極壽命、增強(qiáng)催化活性與穩(wěn)定性方面的突出優(yōu)勢，為工業(yè)生產(chǎn)提供更可靠、高效的電極解決方案。
19、本發(fā)明中采用的多次循環(huán)刷涂-煅燒工藝，有助于提高涂層的均勻性，增加元素分布的分散性，優(yōu)化涂層與基底結(jié)合力，每一次刷涂都能使涂液在基底表面重新分布，填補(bǔ)前一次可能存在的微觀缺陷和厚度不均勻區(qū)域，此外，元素之間有更多機(jī)會進(jìn)行重新排列和擴(kuò)散，降低團(tuán)聚形成的可能性，從而實現(xiàn)原子級的精細(xì)調(diào)控。
1.一種基于前驅(qū)體分子錨定策略的原子級銥調(diào)控涂層電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述前驅(qū)體為硫脲、三聚氰胺、咪唑、乙二胺四乙酸、酞菁中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述活化金屬鹽為ta鹽、ru鹽、co鹽、ni鹽、mn鹽中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述ph值為2-6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述銥鹽的濃度為0.008m-0.015m，前驅(qū)體的濃度為0.08m-0.12m，活化金屬鹽的濃度為0.008m-0.016m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述涂液中，銥鹽、前驅(qū)體、活化金屬鹽的摩爾質(zhì)量比為(8-15)：(80-120)：(8-15)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述溶劑為水、乙醇、乙二醇、丙酮中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述熱處理為煅燒，煅燒溫度為400-600℃，煅燒時間為5-20min。
9.一種采用如權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法所制得的涂層電極，其特征在于，涂層中銥以原子級形式分散。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的涂層電極，其特征在于，所述涂層電極在硫酸體系中1a/cm2電流密度下持續(xù)工作200小時后電壓上升值小于1v。