一種導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電學(xué)領(lǐng)域，設(shè)及一種復(fù)合電極，具體來說是一種導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極 的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金剛石本身具有高電阻，是一種絕緣體。但是，經(jīng)過特殊處理的金剛石，如滲棚等， 可W使金剛石的電阻位于高導(dǎo)電金屬與半導(dǎo)體電阻之間，導(dǎo)電金剛石為化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定 的物質(zhì)，對(duì)氧化的耐久性優(yōu)良，導(dǎo)電金剛石具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，且穩(wěn)定性好，所W導(dǎo)電 金剛石可W在電化學(xué)分析中替代常規(guī)的碳電極等常規(guī)電極，可W作為一些極端條件下的電 極。
[000引導(dǎo)電金剛石電極與常規(guī)電極相比，它具有較寬的電位窗口，近年來，導(dǎo)電性金剛石 作為水處理用及電分解用電極備受矚目。利用導(dǎo)電金剛石電極的低背景電流，導(dǎo)電金剛石 電極可W用于檢測(cè)出發(fā)生在電位窗口內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)。
[0004] 目前制備導(dǎo)電金剛石電極主要是通過諸如熱絲化學(xué)氣相沉積方法和微波等離子 體化學(xué)氣相沉積的工藝形成在基板上。對(duì)于任何一種情況，用于導(dǎo)電金剛石膜的基板需要 在沉積環(huán)境的氨氣氣氛下經(jīng)受約1000攝氏度的高溫，W保持導(dǎo)電金剛石膜在金屬基體上 的良好結(jié)合力。上述方法制備的導(dǎo)電金剛石電極是金剛石膜，很難保證得到無孔質(zhì)的金剛 石層。此外，由于在金剛石膜層產(chǎn)生裂縫時(shí)金屬基板溶出到電解液，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)生電極的劣 化。通常為了解決電極破裂問題，與碳電極相似，需要用儀涂覆與饋電匯流條的結(jié)合處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備 方法，所述的運(yùn)種導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的方法制備的導(dǎo)電金 剛石很難保證得到無孔質(zhì)的金剛石層，而且容易發(fā)生電極劣化的技術(shù)問題， 本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法，包括W下步驟： 1) 一個(gè)導(dǎo)電金剛石的前處理步驟，將導(dǎo)電金剛石顆粒放入飽和化0H溶液中煮沸1-化 后，用蒸饋水沖洗導(dǎo)電金剛石至清洗液呈中性；然后將上述處理過的導(dǎo)電金剛石放入hn〇3 溶液中煮沸20-180min后，用蒸饋水沖洗導(dǎo)電金剛石至清洗液呈中性；將上述清洗后的導(dǎo) 電金剛石浸入鍛液中保存待用；將上述保存在鍛液的導(dǎo)電金剛石裝入陽極袋中，并放入電 鍛鍛液中待用； 2) -個(gè)對(duì)導(dǎo)電基體進(jìn)行前處理的步驟，先采用有機(jī)溶劑淹沒導(dǎo)電基體并放入超聲波清 洗儀中超聲20min-180min;將上述導(dǎo)電基體取出放入盛有化學(xué)除油液的容器中，將容器放 入恒溫水浴鍋中l(wèi)-5h;取出上述導(dǎo)電基體，先用35~55°C熱水反復(fù)沖洗，再用常溫蒸饋水反 復(fù)沖洗，保存至蒸饋水溶液中；將上述清洗后的導(dǎo)電基體用夾具固定好后浸入到50-200g/ L的HC1溶液中30-90S進(jìn)行活化；W上述化學(xué)活化后的導(dǎo)電基體為陽極，鉛板或鐵板為陰 極，電解液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%-1〇%的HzSO冰溶液，電流密度為lA/dm2-l〇A/血2,進(jìn)行電化學(xué) 活化，電化學(xué)活化時(shí)間為los-eos，電化學(xué)活化次數(shù)為1-4次；w上述電化學(xué)活化后的導(dǎo)電 基體為陰極，儀板為陽極進(jìn)行預(yù)鍛儀，電鍛液為含NiS〇4·6Η20和HC1的混合溶液，電流密 度為1-lOA/dm2,時(shí)間為2-8min，預(yù)鍛儀層的厚度控制在2-5微米； 3) -個(gè)復(fù)合電鍛的步驟；將步驟（2)所得的預(yù)鍛儀好的導(dǎo)電基體旋轉(zhuǎn)插入步驟1)中裝 在陽極袋里的導(dǎo)電金剛石中并作為陰極，儀板作為陽極進(jìn)行上砂，電鍛液為鍛儀溶液，上砂 電流密度為0. 25-lAAlm2,埋砂復(fù)合電鍛鍛層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的20% ;將上述上砂好 的導(dǎo)電基體進(jìn)行電化學(xué)鍛儀加固或是化學(xué)鍛儀加固，加固鍛儀層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的 15%-30% ； 4) 一個(gè)制備導(dǎo)電金剛石包覆層的步驟，用高分子聚合物將金剛石復(fù)合電極完全包覆， 然后使有機(jī)高分子聚合物固化，將固化好的聚合物包覆的金剛石復(fù)合電極滾動(dòng)打磨，在保 持聚合物層均勻覆蓋基質(zhì)金屬層的前提下部分去除包覆層，至導(dǎo)電金剛石尖端裸露出自身 粒徑的10%--30%，獲得導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極。
[0006] 進(jìn)一步的，步驟3)中，所述的混合溶液中NiS〇4 ·6Η20的濃度為250g/L;所述的質(zhì) 量百分濃度為38%肥1的濃度為120mL/L。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)電金剛石顆粒的粒徑控制在50微米W上。
[0008] 進(jìn)一步的，步驟3)中的鍛儀溶液由六水合硫酸儀、六水合氯化儀、棚酸、十二烷基 硫酸鋼、糖精、下烘二醇組成，在所述的鍛儀溶液中，六水合硫酸儀的濃度為250-300g/L， 六水合氯化儀的濃度為35-45g/l，棚酸的濃度為35-45g/l，十二烷基硫酸鋼的濃度為 0. 05-lg/l，糖精的濃度為1-2g/l，下烘二醇的濃度為0. 3-0. 5g/L。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)電基體為鑄鐵、鋼、儀、銘、銅、銀、鋒、侶、鉛、錫、導(dǎo)電塑料或者 上述金屬的合金。
[0010] 進(jìn)一步的，步驟3)中的所述的復(fù)合鍛層基質(zhì)金屬為儀、銅、鉆、鐵、銘、銀、金、鋒、 儒、鉛、錫、Ni-Co、Ni-Fe、Ni-Mn、化-Sn、Ni-P、Ni-B、Co-B、或者化-P等合金。
[0011] 進(jìn)一步的，基質(zhì)金屬鍛層的厚度控制為金剛石微粒粒徑的30%。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的金剛石復(fù)合鍛層制備方法采用埋砂法、揚(yáng)沙法、懸浮法、鑲嵌法。
[0013] 進(jìn)一步的，金剛石復(fù)合顆粒在鍛層中的面密度控制在50%--80%。
[0014] 進(jìn)一步的，有機(jī)包覆層包括在抑值0~14范圍內(nèi)水溶液中穩(wěn)定的高分子聚合物。
[0015] 進(jìn)一步的，有機(jī)包覆層采用浸涂方法、刷涂方法、噴涂方法、電泳涂裝方法、烙覆等 方法將有機(jī)包覆層將復(fù)合電極完整包覆。
[0016] 進(jìn)一步的，包覆后的金剛石復(fù)合電極可W采用打磨方法、溶劑溶蝕方法、灼燒方法 等方法，部分去除包覆層，使金剛石顆粒外露。
[0017]進(jìn)一步的，剩余的包覆層能完整覆蓋基質(zhì)金屬鍛層，剩余有機(jī)包覆層的厚度控制 在金剛石顆粒粒徑的30%--40%。
[001引具體的，硝酸溶液的質(zhì)量百分比濃度為10~30%。
[0019] 本發(fā)明采用復(fù)合電鍛的方法將導(dǎo)電金剛石固體微粒均勻的埋嵌于基質(zhì)金屬上，再 用高分子聚合物將其包覆，并采用滾動(dòng)打磨的方法使導(dǎo)電金剛石顆粒的尖端露出，運(yùn)樣就 制備出了金剛石復(fù)合電極。其結(jié)構(gòu)包括：聚合物覆蓋層，導(dǎo)電金剛石，復(fù)合鍛層，導(dǎo)電基體。 該導(dǎo)電金剛石電極的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸大小可任意控制，制備容易，復(fù)合鍛層使得導(dǎo)電金剛石 不容易和導(dǎo)電基體剝離，可W防止金剛石層剝離引起的電極劣化。該導(dǎo)電的金剛石電極具 有高催化活性和耐腐蝕性，電化學(xué)窗口寬，可作為不同體系中理想的陽極材料。
[0020] 本發(fā)明采用復(fù)合電鍛技術(shù)，提出一種采用導(dǎo)電金剛石復(fù)合電鍛制備導(dǎo)電金剛石復(fù) 合電極的方法。該導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極中，金剛石顆粒嵌入導(dǎo)電的基質(zhì)金屬層中形成復(fù)合 鍛層。
[0021] 本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明采用導(dǎo)電金剛石復(fù)合鍛法 將導(dǎo)電金剛石微粒固定至導(dǎo)電的基底上面從而制備導(dǎo)電金剛石電極。與熱絲化學(xué)氣相沉積 方法和微波等離子體化學(xué)氣相沉積法相比，電鍛制備導(dǎo)電金剛石電極具有工藝簡(jiǎn)單，時(shí)間 短，無基底尺寸限制等優(yōu)點(diǎn)。
[0022]
【附圖說明】
[0023] 圖1為實(shí)施例1所制備的金剛石復(fù)合電極的掃描電鏡圖。
[0024] 圖2為實(shí)施例1制備所得的復(fù)合電極在中性體系的C-V曲線圖。
[0025]圖3為實(shí)施例1制備所得的復(fù)合電極在堿性體系的C-V曲線圖。
[0026] 圖4為實(shí)施例1制備所得的復(fù)合電極在酸性體系的C-V曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0028] 實(shí)施例1 一種Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法，該電極有導(dǎo)電金剛砂（80- 90um)，不誘鋼 針針體（1. 32mm)，Ni-復(fù)合鍛層，PVDF有機(jī)包覆層。具體包括W下步驟： (1)、導(dǎo)電金剛石的前處理 將導(dǎo)電金剛石放入化0H溶液中煮沸化后，用蒸饋水沖洗導(dǎo)電金剛石，將上述堿液處理 好的導(dǎo)電金剛石放入HN03溶液中煮沸30min后，用蒸饋水沖洗導(dǎo)電金剛石至殘留液中性； 將上述清洗后的導(dǎo)電金剛石浸入電鍛儀鍛液中待用。
[0029] 將上述浸入鍛液的導(dǎo)電金剛石裝入陽極袋中，保存在光亮電鍛鍛液中待用。
[0030] (2)、不誘鋼導(dǎo)電基體的前處理： 不誘鋼導(dǎo)電基體的前處理工序?yàn)椋河袡C(jī)溶劑除油一化學(xué)除油一沖洗一化學(xué)活化一陽極 極化一預(yù)鍛儀 有機(jī)溶劑除油：取適量丙酬淹沒不誘鋼導(dǎo)電基體并放入超聲波清洗儀中超聲30min;化學(xué)除油：將上述不誘鋼導(dǎo)電基體取出放入盛有化學(xué)除油液的燒杯中，將燒杯放入恒 溫水浴鍋中化，化學(xué)除油液配方及工藝條件如下： 化學(xué)除油配方及工藝條件：化0H:30g/l、胞2〇)3: 40g/l、化3Ρ04·12Η20 : 40g/l、洗涂