课外科技基金立项申请书.doc

项目编号 浙江工业大学“运河杯”大学生课外学术科技基金项目申 请 书项 目 名 称：申 请 人：张进申请人联系：15958102540类型： 机械和控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑） 信息技术（包括计算机、软件、电信、通信迅、电子等） 数 理（包括数学、物理等） 生命科学（包括生物、药学、食品等）√ 能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等） 社 科（包括人文、管理、经济、社会科学等） 艺术设计（包括广告、艺术、设计等）共青团浙江工业大学委员填 报 说 明1、封面除“项目编号”外其他均需填写2、 “项目名称”限 25 个汉字3、上报申请书时附学院项目汇总清单的电子版和书面表格各一份年份：2012学院： 化材学院名 称研究项目起止时间 自 2012 年 4 月至 2012 年 11 月 成果形式√ 论文 专利 软件 报告 其它申请经费 总 额其他经费来源姓 名 张进 性 别 男 专业及 学 历 金属材料与表面处理工程 本科在读项目负责人 出生年月 1991—11—22 联系 15958102540姓名 性别 专业 所在学院 承担任务张进 男 金属材料与表面处理工程化材学院 所用工作（除负责人外不超过五人）项 目 组 主 要 成 员指导教师 姓名 郑国渠 职称 教授 所在学院 化材学院研究内容、意义及主要技术指标摘要（限 300字）自 1965 年 Beer 首次提出钛基贵金属氧化物涂层阳极(DSA)具有优良的电催化活性以来, 对钛基贵金属氧化物涂层阳极研究一直围绕着涂层性能、成本及寿命展开。

在贵金属氧化物涂层阳极实际生产使用中, 电解液对钛基体的钝化是阻碍其性能充分发挥的限制性环节因此, 如何在钛基体与贵金属氧化物之间设置阻挡层以阻止电解质对钛基体的腐蚀成为研究的热点本实验将研究通过共熔 T i 和 M n 的合金，同时掺杂 Sb、Sn，对其进行阳极氧化，再热处理氧化 Sb、Sn，最终获得具有类似 T i/SbOX+ SnO2/M nO2 性能的新型电极并采用 XRD、SEM、XPS 分析方法对电极结构的表面形貌、管径大小、管隙大小，掺杂元素分布等情况进行表征，通过极化曲线、循环伏安曲线和电化学阻抗研究电极在一定溶液中的析氧催化活性和稳定性能1、本项目研究意义及国内外同类研究工作现状：研究意义 ： 自 1965 年 Beer 首次提出钛基贵金属氧化物涂层阳极(DSA)具有优良的电催化活性以来, 对钛基贵金属氧化物涂层阳极研究一直围绕着涂层性能、成本及寿命展开在贵金属氧化物涂层阳极实际生产使用中, 电解液对钛基体的钝化是阻碍其性能充分发挥的限制性环节因此, 如何在钛基体与贵金属氧化物之间设置阻挡层以阻止电解质对钛基体的腐蚀引起了许多研究者的关注另外涂层电极制造工艺复杂,成本也较高，所以在很多领域或地区还不能取代传统的石墨、铅基合金等电极材料为了适应形势的要求,钛阳极涂层将朝着以下几个方向发展:涂层的多元化;中间层的制备;制备方法的创新。

开发成本更低、性能更好的钛基涂层电极将是广大科技工作者今后努力的目标过渡金属氧化物对很多电化学反应 (如 O2 和 Cl2 的析出 )具有良好的电催化性能, 因而受到广泛关注锰作为过渡金属之一, 具有特殊的 d 电子结构, 其氧化物多为非平衡相, 拥有较多的晶格缺陷和晶格畸变, 因而 M nO2 是目前公认的电化学活性最好的电极材料之一单纯的钛基 MnO2 阳极在使用过程中钛基体会发生钝化, 显著降低电极的催化性能和稳定性能在钛基体和 MnO2 层之间涂覆中间层能有效防止钛基体的钝化, 提高电极的催化性能, 改善电极的稳定性锡锑氧化物具有价廉和导电性优良等优点, 被越来越多地用作钛阳极中间层国内外同类研究工作现状：1 电极材料：电极是一种工业生产的消耗品，用量比较大，因而其价格成本也是一个考虑的重要因素，贵金属电极材料用于制作电化学和电子学电极的责金属材料按其功能和使用的领域可分为：金属(合金)电极材料、多孔气体扩散电极材料和涂层电极材料1.1 金属(合金)电极材料 ：金、银、铂、钯、铱及其一些合金是电的良导体，还具有抗氧化、抗腐蚀、超电压低、不钝化等一个或若干个特性，适于作阳极材料，制成片、网、丝等形状的阳极。

工业上生产过氧化氢、过氯酸(盐)、次氯酸钠、过硫酸铵等用铂丝缠成的阳极在实验室中用镀有铂黑的铂电极作氢电极；铂、钯、金等用作研究电化学反应的电极，也用作放氧、放氯反应的阳极铅银、铅银钙等合金制成的阳极用于锌电解工业电子工业中用铂钡、钯钡、铱钨铼、铱钡锇等合金制作电子管栅极和阴极，用于高电流密度的超高频电路1.2 多孔气体扩散电极材料：在石墨、活性炭、乙炔黑、或有机碳等(也有用莱尼镍、碳化硼等材料)制成的多孔载体上载上有电催化性能的贵金属或其氧化物，用疏水性聚乙烯或聚四氟乙烯粘结，就形成各种形状的多孔电极贵金属在载体上高度分散，催化活性高多孔结构可让气体扩散通过空气电池、燃料电池的电极就属这一类电极多孔气体扩散电极的用途正在发展，用作锌电解的电极的研究已有一定进展1.3 涂层电极材料：涂层电极由基底和涂层两部分组成，用于电化学的涂层电极基底为钛、钽、锆、钨、铝、铋等阀金属(合金)之一或几个构成涂层一般由以下成分的材料组成：(1)阀金属的氧化物、氮化物、碳化物、氯氧化物、硅化物、硼化物、磷化物；(2)贵金属铂、钌、钯、铱、铑、锇或其氧化物；(3)贱金属铜、锡、锑、铁、钴、镍、铬、锰等的氧化物。

涂层的制作通常是将各组分用液体载体(如丁醇、萜烯)调和、刷涂在基底上，经热分解而制成上述三类涂层材料也可按生成以下结构来配方：尖晶石型 AB2O4(A 为阀金属或贱金属，B 为贵金属)；烧绿石型 A2B2O)7-y(1>y>O)；钙钛矿型 ABO3；铜铁矿型 ABO2；烧结青铜型 MxPt3O4(M-Cu、Ag、Sr、Li、Na、Tl)金属基底的涂层阳极，称为尺寸稳定阳极(DSA)在氯碱工业中 RuO2 涂层(电解用离子交换隔膜时，以 PdO、Pt-Ir 或 Pt-IrO2 涂层为佳)钛阳极已代替石墨电极，它具有机械强度高、导电性能好，氯超电压低、节省电能、寿命长，以及维护费用低等优点含贵金属涂层材料的这类电极用途很广，已用于氯酸盐、次氯酸盐、过氯酸盐的电解，金属电解，金属电化学抛光，阴极保护，海水淡化，污水灭菌等领域电子工业用涂锇、铱、铂或铑的阴极材料制作电子管，能改善热电子或离子的发射微电子厚膜电路用钯银系、金钯系、金铂系、金铂钯系等浆料制作电容器的电极(见贵金属浆料)1.3.1 金属氧化物涂层电极是 19 世纪 60 年代中期发展起来的一种新型不溶性阳极材料,与用于化学反应的固体催化剂一样,金属氧化物涂层电极一般也需将具有电催化活性的金属氧化物负载于某种基体表面。

金属氧化物涂层电极不仅包括以析氯和析氧为主的不溶性阳极,也包括金属冶炼中使用的溶解性阳极工业上常说的金属氧化物涂层电极主要是指以金属为基体不溶性阳极钛阳极金属氧化物涂层电极是指在以钛为阳极的基体表面涂上金属氧化物的阳极,简称 DSA(dimensionally stable anodes),是 20 世纪 60 年代发展起来的一种新型不溶性阳极电极其中金属氧化物主要包括 SnO2、PbO2、Sb2O5、RuO2、IrO2、MnO2 等,也包括其中两种或两种以上的复合物钛阳极最早用于氯碱生产中, 经过各国工程技术人员的努力, 现已广泛用于化工、环保、水电解、水处理、电冶金电镀、金属箔生产、有机电合成、电渗析、阴极保护等行业中而且, 其电极学、电极反应工程学、电极过程动力学、电催化科学等理论知识也不断地丰富和发展钛阳极的诞生极大地推进了食盐电解生产的发展, 被誉为氯碱工业一大技术革命DSA 具有良好的稳定性和催化活性,它的发明是 20 世纪电化学工业最重大的发明之一, 是电化学技术的一大突破,是对电化学领域划时代的贡献经过几十年的发展,DSA 的性能越来越好,种类越来越多,并且在许多领域得到了应用。

DSA 已经过了 40 多年的发展,显示了其比较优良的阳极性能,经取得了辉煌的成绩，在电解工业中获得了广泛的应用与传统的石墨电极、铅基合金电极相比较,DSA 具有的优势有:(1)较低的材料消耗率,工作寿命长2)较高的电催化活性,可采用较大的阳极电流密度和较低的电源输出电压,电能消耗少，从而提高生产效率3)价格较镀铂阳极便宜，可加工成各种形状(板状、网状和管状等),基体材料可重复使用，节约贵金属资源，有较高经济价值4)可以克服石墨电极和铅基合金电极的溶解问题,避免对电解液和阴极产物造成污染,提高产品质量5)阳极尺寸稳定,电解过程中电极间距离不会发生变化,可以保证电解操作在槽电压稳定的情况下进行经过几十年的发展,钛基金属氧化物涂层电极的性能越来越好,种类也不断增多,主要有钛基钌系涂层电极、钛基铱系涂层电极、钛基锡系涂层电极、钛基二氧化锰涂层电极和钛基二氧化铅涂层电极钛阳极钴系、锑系、钯系等一些金属氧化物涂层电极的独立研究比较少,这些金属氧化物大多用于掺杂1.3.1.1 钛基钌系涂层电极钛基钌系涂层电极是指涂层活性物质主要为氧化钌的电极,涂层通常用热分解法得到使用最早和比较成功的钌系涂层电极是钌钛涂层电极(Ti/RuO22TiO2),它是科学家H.Beer1965 年发明的, 1968 年意大利 DeNora 公司首先将 H.Beer 的钌钛涂层研究成果实现了工业化,成功地应用于氯碱工业中。

钛基钌钛涂层电极为析氯阳极,经过在氯碱工业中生产实践检验,发现其缺陷是:电极寿命短;所生产的氯气中氧的含量过高,影响了氯气的纯度,造成电流效率下降,并对有些有机化学工业的生产安全造成威胁因此,有必要对钌钛涂层电极进行改进,提高其活性涂层的析氧电位和降低析氯电位,并提高电极寿命，另外钌为贵金属,价格较贵,因此应用受到限制目前,钛基钌系涂层电极主要应用于氯碱工业中1.3.1.2 钛基铱系涂层电极Smith 等指出:当阳极电位高于低价氧化物/高价氧化物对的标准电位后,氧化物表面析氧过程才会发生,低价氧化物/高价氧化物对的标准电位越低,该氧化物的析氧催化活性越大研究人员开发出了钛基铱系涂层电极,该电极为析氧阳极,其优点是氧过电位低,不溶于电解液,对阳极表面析出的氧气的机械作用和化学作用有较强的防御力单纯的二氧化铱涂层除了氧过电位低外其它电极性能并不理想,其电极涂层容易剥落,电极寿命短;另外,电解液中有有机物质时电极电位会大幅升高,电极腐蚀速度加快所以,学者们开始研究往二氧化铱涂层中加入别的金属氧化物，此外,还有三元铱系涂层电极( IrPtTa、IrTiZr、IrTaCo 等)和含有中间层的铱系涂层电极。

钛基铱系涂层电极可以应用于阴极保护、有机合成、电积提取有色金属等,虽然性能优良,但也有造价过高的问题1.3.1.3 钛基锡系涂层电极钛阳极锡系涂层电极是指在钛基体上涂覆氧化锡的电极,是较有前途的非钌系涂层锡系涂层钛阳极的制备方法有许多种,从最初的热分解法、电沉积法发展到现在比较热门的溶胶-凝胶法、梯度材料法在钛阳极锡系涂层电极的制备方法中电沉积法是很重要的一种近年来电沉积法又有了新的进展,即产生了脉冲电沉积技术脉冲电沉积技术创新之处在于使用脉冲电源替代了传统电沉积技术中的直流电源利用脉冲电沉积技术制备催化电极在国内外均有报道脉冲电沉积可以通过控制波形、频率、通断比以及平均电流密度等参数,使得电沉积过程在很宽的范围内变化,从而获得具有特殊结构的纳米晶体镀层溶胶-凝胶法可制得颗粒尺度均匀的、纳米级的氧化物涂层利用溶胶-凝胶法制备的电极覆盖层的电催化活性和稳定性得到了很大的改良研究表明采用溶胶-凝胶法制备的电极中间层,对基体覆盖完全,排布。