掺杂贵金属的四氧化三铁涂层电极及制备方法

本发明涉及电化学电极新材料领域，特别涉及一种掺杂贵金属的四氧化三铁涂层电极及制备方法。背景技术：：：1、在电化学工艺生产实践中，电极材料往往对于提升过程效率、降低成本以及实现环境友好型生产至关重要。2、形稳电极(dimensionally stable electrodes,dse)在应用电化学领域具有重要意义。传统的形稳电极通常由钛基底涂覆贵金属氧化物(如ruo2和iro2)涂层构成，这些贵金属氧化物涂层在包括电解制氢、氯碱工业等行业中能够显著提高电解反应的效率，具备优异的耐腐蚀性能，能够在强腐蚀环境中保持稳定和长寿命。3、然而，贵金属电极材料在电解工艺中的广泛应用受到了很大限制。首先，贵金属资源稀缺且价格昂贵，使得这些电极材料的投资成本较高，限制了其在大规模工业应用中的经济可行性。其次，传统贵金属基电催化剂低的活性位点利用率导致了成本效益的不匹配，增加了使用成本。此外，尽管贵金属电极材料具有良好的耐腐蚀性和化学稳定性，但在长期使用过程中，电极的催化性能可能会逐渐下降，电极长期稳定性的缺失也导致成本增加。4、因此，高的贵金属利用率与低成本的贵金属基涂层电极一直是电极技术领域：：的热点之一。技术实现思路1、本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种掺杂贵金属的四氧化三铁涂层电极及制备方法，通过特定的负载贵金属元素的fe3o4涂层电极具有电催化性能优异、寿命长、成本低、环境友好和高贵金属利用率等优点。2、本发明采用如下技术方案：3、一方面，本发明提供了一种掺杂贵金属的四氧化三铁涂层电极的制备方法，通过将贵金属元素均匀分布到耐高温耐氧化的导电基体载体表面层，通过热处理以实现贵金属负载于fe3o4涂层，从而得到掺杂贵金属的fe3o4涂层电极。4、具体的，一种掺杂贵金属的四氧化三铁涂层电极的制备方法，包括：5、s1、导电基体表面涂覆fe3o4涂层，贵金属元素均匀分布在fe3o4涂层内或fe3o4涂层表面层；6、s2、对步骤s1处理后的掺杂贵金属的fe3o4涂层进行热处理，得到所述掺杂贵金属的fe3o4涂层电极。7、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s1中，所述贵金属元素均匀分布在fe3o4涂层内，具体方法包括：8、s11、浆料制备：将贵金属可溶盐、fe3o4粉体、有机粘合剂和分散溶剂混合，制备成均匀的浆料；9、s12、涂覆：将制备好的所述浆料涂覆于导电基体材料表面或被覆了fe3o4涂层的电极材料表面，形成掺杂贵金属的fe3o4材料涂覆层。10、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s1中，所述贵金属元素均匀分布在fe3o4涂层表面层，具体方法为：将贵金属可溶盐溶液涂覆到已经制备好的fe3o4涂层的表面。11、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，通过高温喷涂法制备fe3o4涂层，具体为：将fe3o4粉体送入喷涂枪，通过高温将fe3o4粉体加热，通过高速气流将fe3o4粉体喷射到导电基体表面，形成均匀的fe3o4涂层。12、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s11中，所述贵金属元素为铱、铂、钯、钌、铑、铼中的一种或多种的组合；13、所述导电基体的材质为耐高温耐氧化材料，包括金属材料如不锈钢、无机非金属材料如碳化硅、金属材料被覆导电陶瓷涂层；14、所述有机粘合剂为聚乙烯醇、聚乙烯酸甲酯、甲基纤维素中的一种；15、所述分散溶剂为乙醇、水、乙二醇中的一种。16、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s11中，所述导电基体材料为片状、网状、块状、棒状或条状。17、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s2中，所述热处理包括烧结热处理和热扩散热处理。18、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s2中，19、当选择将所述贵金属元素均匀分布在fe3o4涂层内时，所述浆料涂覆在导电基体表面后，采用烧结热处理，具体过程如下：20、s21、将涂覆贵金属的fe3o4涂层的导电基体放入高温加热炉中，通入保护气氛；21、s22、将高温加热炉温度以2-4℃/min的速率升温至250-300℃，在该温度下保温5-20min进行排胶处理；22、s23、将温度继续以200-400℃/h的速率升至1050-1200℃，并在该温度下保温3-10min进行烧结处理；23、s24、涂覆贵金属的fe3o4涂层的导电基体随着炉体自然冷却至室温，得到掺杂贵金属的fe3o4涂层电极。24、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高温加热炉为管式炉或电阻炉。25、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述保护气氛为氮气或氩气。26、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s2中，27、当选择将所述贵金属元素均匀分布在fe3o4涂层表面层时，将贵金属可溶盐溶液涂覆到已经制备好的fe3o4涂层表面，采用热扩散热处理，具体包括：28、x21、将涂覆过贵金属可溶盐溶液的fe3o4涂层放入高温加热炉中，通入保护气氛；29、x22、将高温加热炉温度以2-4℃/min的速率升温至500-600℃，在该温度下保温5-20min；30、x23、随后涂覆过贵金属可溶盐溶液的fe3o4涂层随着炉体自然冷却至室温，得到掺杂贵金属的fe3o4涂层电极。31、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s12中，所述涂覆为滴涂法、浸渍法、喷雾法中的一种。32、另一方面，本发明还提供了一种掺杂贵金属的四氧化三铁涂层电极，所述掺杂贵金属的四氧化三铁涂层电极通过上述方法制备得到。33、本发明选择掺杂贵金属的fe3o4涂层的原因：34、1、fe3o4中八面体位置的不同价态铁离子加速了电子之间的跃迁，使其有显著高的导电性，能够促进电子在催化剂和电极之间的传递，可以提升电催化反应的效率，并且fe3o4涂层有着高比表面积以及丰富的缺陷位点，这意味着它可以提供更多的表面积来负载贵金属粒子，从而增加其电催化活性。贵金属本身具有优异的电催化性能。因此将贵金属均匀分散在四氧化三铁涂层中可以进一步增强涂层电极导电性能，也可以显著增加电催化反应的活性位点，从而提高整体电催化性能。35、2、fe3o4也因其独特的反尖晶石结构而具有高的稳定性，有利于提供高的使用寿命。36、3、fe3o4本身是一种环境友好的材料，制备过程相对简单且对环境影响较小，贵金属资源稀缺且昂贵，通过将贵金属分散在fe3o4涂层中，可以显著减少贵金属的用量，降低成本和资源消耗。37、本发明的有益效果为：38、本发明提供的掺杂贵金属的涂层电极可实现贵金属在载体上的高分散性，使贵金属以单原子或小团簇形式负载于导电涂层基体，实现了成本和性能的优化，提高贵金属材料的应用效率。制备过程简便、成本低廉且环保，所制备的贵金属掺杂fe3o4涂层电极具有高的贵金属利用率和优秀的导电性能，同时具备高的可靠性，抗中毒，耐腐蚀，长寿命等特点。当前第1页12当前第1页12