一种电极及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电极及其制备方法和应用，尤其是涉及一种可生成水居基的电极 及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 食品安全关系到广大人民的身体健康和生命安全，关系到经济健康发展和社会稳 定，食品安全已成为衡量人民生活质量、社会管理水平和国家法制建设的一个重要方面。目 前我国食品安全状况并不乐观，长期W来存在的细菌、病毒等微生物污染，农药、激素、抗生 素等化学污染物给食品带来了巨大的安全隐患，食源性疾病仍是人类面临的最大健康杀 手。同时，与饮食密切相关的餐具的消毒卫生问题也是较大的安全隐患，目前由于部分消毒 企业的自律性差，消毒工艺简单，不符合要求，导致消毒餐具不卫生的状况时有发生，导致 餐具表面成为细菌滋生的温床，给消费者的健康生命带来威胁。
[0003] 由于食品污染环节众多，源头治理难度较大，仅仅依靠强有力的政府监管和职能 部口检测，还不能在短时间内彻底解决食品的污染问题，因此，食品净化消毒成为缓解食品 安全压力、减少食物中毒风险、保障人民群众饮食安全的必要手段。
[0004] 中国发明专利化201110271764. 0公开了一种水触媒杀菌解毒装置，该装置能够 对生鲜食品、水、餐具及衣物进行净化处理，该装置包括水触媒发生器（1)和为水触媒发生 器（1)进行供电的直流电源，所述水触媒发生器（1)包括两个相配合使用的电极，且两个 所述电极为分别与所述直流电源的正负输出端相接的阳极电极和阴极电极；所述阳极电极 和所述阴极电极均为铁电极，且所述阳极电极的外表面上均匀涂覆有一层复合材料涂层； 所述复合材料涂层为对涂刷在所述阳极电极外表面上的复合材料涂液进行烘干处理及烧 结处理后获得的涂层，复合材料涂液为由六种粉剂和无水己醇均匀混合而成且质量浓度为 2. 5%~4%的混合液，六种所述粉剂分别为笛粉或笛的化合物粉末、镶粉或镶的化合物粉 末、纪粉或纪的化合物粉末、钉粉或钉的化合物粉末、银粉或银的化合物粉末和粗粉或粗的 化合物粉末。
[0005] 然而，上述水触媒杀菌解毒装置中使用的电极涂层易脱落，不稳定。上述电极中所 用的元素并无与基材材料元素相似电子层排布，在烧结处理后涂层电极与基材的结合力不 强，容易脱落，而本发明中所用元素弥补了送一缺陷，烧结过程中能使涂层与基材很好的结 合在一起。
【发明内容】
[0006] 基于本发明人研究的诸多有益效果，本发明的一个目的是提供一种电极，该电极 涂层不易脱落，抗纯化作用强，电催化性能高，电极使用寿命长，导电性能好。
[0007] 本发明的另一个目的是提供一种上述电极的制备方法。
[0008] 本发明的又一个目的是提供一种上述电极的应用。例如本发明的上述电极可W用 于食品净化装置中及其他需要进行消毒净化的行业，例如、水净化、医疗行业等。使用本发 明电极的装置，净化效果更佳。
[0009] 本发明的上述目的是采用如下技术方案来实现的。
[0010] 一方面，本发明提供一种电极，该电极W铁或铁合金为基材，该基材外表面涂覆有 一层复合材料涂层，该复合材料涂层经复合材料溶液涂覆、烘干、烧结制备而成，其中所述 复合材料溶液为过渡金属元素溶于己醇中形成的纳米溶液，该纳米溶液W过渡金属的颗粒 为溶质，所述过渡金属元素为镶、笛、饰、纪、粗、钻和铁，所述复合材料溶液中的过渡金属元 素镶、笛、饰、纪、粗、钻和铁的摩尔比为 15-20 :8-10 :5-15 :13-19 :9-17 :16-23 ;30-50。
[0011] 优选地，所述复合材料溶液中的过渡金属元素镶、笛、饰、纪、粗、钻和铁的摩尔比 为 15 ~18 ;8 ~9 ;7 ~15 ;14 ~18 ;10 ~17 ;16 ~20 ;35 ~50,优选为 16 ;8 ;14 ;17 ;16 : 20 ;45 或 17 ;9 ;15 ;17 ;12 ;18 ;40。
[0012] 优选地，所述复合材料溶液中的过渡金属颗粒的粒径为5~30nm。
[0013] 优选地，所述复合材料溶液的质量百分含量为25%~45%，优选为30%~40%。
[0014] 优选地，所述电极还包括锡-錬涂层，该涂层设置在所述基材与所述复合材料涂 层之间，其中，所述锡-錬涂层经锡-錬溶液涂覆、烘干、烧结制备而成，所述锡-錬溶液为 锡和錬溶于己醇中形成的纳米溶液，该纳米溶液W锡和錬的颗粒为溶质，所述溶液中的锡 和錬的摩尔比为3-9 ;5-12。
[0015] 优选地，所述溶液中的锡和錬的摩尔比为4-9 ;6-10,优选为6 ;8。
[0016] 优选地，所述溶液中的锡和錬颗粒的粒径为5~30nm。
[0017] 优选地，所述锡-錬溶液的质量百分含量为5 %~9 %，优选为7 %。
[0018] 优选地，所述复合材料涂层或所述锡-錬涂层的厚度为3-8 μ m，优选为4-6 μ m。
[0019] 优选地，制备所述复合材料涂层或所述锡-錬涂层时的烘干温度为100~12(TC， 优选为110~120°c。
[0020] 优选地，制备所述复合材料涂层或所述锡-錬涂层时的烧结温度为400~680°C， 优选为450~600°C。
[0021] 本发明中作为基材的铁或铁合金可W为本领域常规的铁或铁合金，可W通过购买 获得。
[0022] 另一方面，本发明提供一种制备上述的电极的方法，该方法包括如下步骤：
[0023] (1)将复合材料溶液均匀地涂覆在铁或铁合金的外表面上，其中所述复合材料溶 液为过渡金属元素溶于己醇中形成的纳米溶液，该纳米溶液W过渡金属的颗粒为溶质，该 纳米溶液的质量百分含量为25%~45%，优选为30%~40%，其中所述复合材料溶液中过 渡金属元素镶、笛、饰、纪、粗、钻和铁的摩尔比为15-20 :8-10 :5-15 :13-19 :9-17 :16-23 ; 30-50 ；
[0024] 似在温度为100~120。优选为110~12(TC下烘干步骤（1)的涂覆有复合材 料溶液的电极，直至所述电极外表面无液态为止；
[00巧](3)在温度为400~68(TC，优选为450~60(TC下对步骤（2)烘干的电极进行烧 结处理，烧结处理的时间为8~10小时，即得。
[0026] 优选地，在步骤（1)中，所述复合材料溶液中的过渡金属元素镶、笛、饰、纪、粗、钻 和铁的摩尔比为 15-18 ;8-9 :7-15 :14-18 :10-16 :16-20 ;35-50,优选为 16 ;8 ;14 ;17 ;16 ; 20 ：45〇
[0027] 优选地，在步骤（1)中，所述复合材料溶液中的过渡金属颗粒的粒径为5~30nm。
[0028] 优选地，所述方法还包括：
[0029] 在铁或铁合金的外表面涂覆复合材料溶液之前，先在铁或铁合金的外表面均匀地 涂覆锡-錬溶液，其中所述锡-錬溶液为锡和錬溶于己醇中形成的纳米溶液，该纳米溶液W 锡和錬的颗粒为溶质，该纳米溶液的质量百分含量为5%~9%，优选为7%，其中所述溶液 中的锡和錬的摩尔比为3-9 :5-12 ;优选地，所述溶液中的锡和錬的摩尔比为4-9 ;6-10,优 选为6 ;8 ;
[0030] 然后，在温度为100~120。优选为110~12(TC下烘干上述涂覆有锡-錬溶液 的电极，直至所述电极外表面无液态为止；
[0031] 接着，在温度为400~68(TC，优选为450~60(TC下对上述烘干的电极进行烧结 处理，烧结处理的时间为8~10小时。
[0032] 又一方面，本发明提供一种包含上述电极的装置。
[0033] 优选地，所述装置为食品净化装置。该食品净化装置可W为中国专利 201110165689. X中的装置，也可W为化201110271764. 0中的水触媒杀菌解毒装置。上述专 利文件中的有关装置结构的内容，在此引入作为参考。
[0034] 所述装置也可W为水净化装置或医疗用品净化装置。所述电极用于所述装置中可 W作为阳极使用。
[0035] 与现有技术相比，本发明至少具有W下有益的技术效果：
[0036] 1、本发明的复合材料涂层中添加了粗元素，添加粗元素后，涂层组织呈蜂窝状，裂 纹不明显。且粗铁之间既产生机械作用又产生化学作用，机械作用可增加基体的有效几何 面积，提高涂层与基体的结合力，而化学作用使表面形成Ta-Ti混合化合物，进一步增加涂 层抗纯化作用。此外，添加粗可W增加涂层内部活性点，增强涂层的催化作用。
[0037] 2、本发明的复合材料涂层中添加了钻元素，添加钻元素可细化涂层的晶粒，在钻 的摩尔含量小于50%的条件下，增加钻可W明显提高涂层的电催化性能，当钻的摩尔含量 局于30%时，涂层的强化寿命可提局40%。
[0038] 3、本发明中还可W添加锡-錬涂层，添加锡和錬使得电解液难W渗透到铁或铁合 金基材表面，提高了涂层对抗溶液侵蚀的能力，延长了使用寿命。因经烧结后涂层中铁和锡 形成二氧化铁和二氧化锡，而二氧化铁和二氧化锡均为四方金红石结构，晶格常数相近，形 成良好的固溶体，使涂层与铁基体间的结合力增强，涂层不易脱落。
[0039] 此外，二氧化锡能带范围较宽，具有良好的化学稳定性和电化学稳定性，Sn4+离子 半径为0. 071nm，可与基体牢固结合，在二氧化锡中渗杂錬原子后，5价的錬原子取代了 4价 的锡原子后，多余的一个电子进入导带，是导带电子浓度大大增加，可显著提高功能层的导 电性能。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明。送些实施例旨在帮助阐述发明的内容 而