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一种可用于交流倒极的超稳高熵金属氧化物电极 

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摘要:本发明属于电化学水处理领域,特别涉及了一种具有突破性设计的超稳高熵金属氧化物电极,该电极特别适用于交流倒极环境下的应用。通过精心调配多种金属元素的比例,并采用高能激光直接能量沉积法,等离子体和陶瓷化工艺,形成了具有复杂化学组成和高度稳定结构的高熵氧化物材料。该电极在交流电场中展现出优异的电化学稳定性和抗腐蚀性能,能够在频繁极性反转的条件下长期稳定运行,有效防止阴极结垢现象的发生,同时可保证其电催化性能不发生明显的衰变。其独特的结构设计为水污染控制领域特别是高硬度高盐度工业污水处理提供了高性能、长寿命的电极材料解决方案。

主权项:1.一种可用于交流倒极的超稳高熵金属氧化物电极,其特征在于,该电极的制备方法包括以下步骤:步骤1,将钽基板进行高精度打磨处理,使其表面粗糙度达到Ra0.5μm,然后将打磨后的钽基板置于超声波清洗器中,用丙酮清洗15min,去除表面油污,接着用去离子水冲洗干净,再放入质量浓度为5%的稀盐酸溶液中浸泡15min,以去除表面氧化物,最后用去离子水冲洗干净并烘干,烘干温度为100℃,时间为30min;步骤2,采用离子注入技术形成超稳定防腐蚀碳化物层,注入离子为碳化钛离子和碳化锆离子,注入能量为120keV,注入剂量为8×1016ionscm-2,注入过程在真空度为1×10-3Pa的环境中进行,注入温度为150℃,注入时间为10s,得到带有超稳定防腐蚀碳化物层的钽基板;步骤3,选取钽、铷、钆、镝、铬、镍、镉7种金属单质粉末按照120:7:16:22:9:2:1的摩尔比进行配料,将配好的原料放入行星球磨机中进行机械合金化处理,球磨机转速为400转min-1,球料比为15:1,球磨时间为20h,球磨过程中通入氩气保护,防止金属氧化,球磨后的粉末在真空度为1×10-2Pa的真空环境下进行热处理,热处理温度为800℃,时间为2h,得到7种金属的混合粉末;步骤4,将步骤3中得到的7种金属的混合粉末以氩气为载气,控制喷射速度为20Lmin-1,喷口温度为1200℃,逐行扫描喷射在步骤2中获得的经过离子注入处理的带有超稳定防腐蚀碳化物层的钽基板上,同时采用高能激光直接能量沉积法将高熵合金粉末熔覆在钽基板上,形成高熵合金表面活性层,激光功率为15kW,扫描速度为0.5mms-1,搭接率为40%,熔覆过程在氩气保护下进行;沉积态高熵合金由于循环热输入与快速凝固会产生等轴晶与柱状晶交替生长的梯度晶粒组织;步骤5,对步骤4中得到的激光熔覆后的高熵合金表面活性层进行等离子体处理和陶瓷化,以提高其表面活性和耐腐蚀性,等离子体处理采用氩气和氧气的混合气体,其中氧气的体积分数为10%,处理功率为300w,处理时间为20min,处理温度为50℃,将高熵合金层转化为高熵陶瓷层;步骤6,采用溶胶凝胶法在步骤5中得到的高熵陶瓷层上制备一层纳米二氧化钛涂层,首先,将钛酸丁酯、乙醇、乙酰丙酮和去离子水按照8:2:10:1的质量比混合,搅拌均匀得到溶胶,然后将电极浸入溶胶中,以4mmmin-1反复提拉,在空气中干燥后进行热处理,热处理温度为450℃,时间为2h;步骤7,最后采用离子掺杂技术对电极进行改性,提高其电催化活性和选择性,选取钼离子进行掺杂,掺杂质量浓度为3%,掺杂方法为电化学沉积法,沉积电压为-1.0V,沉积过程在含有质量浓度为20%的钼酸铵电解液中进行,电解液温度为40℃,沉积时间30min后,将电极取出后经去离子水清洗,即得到可用于交流倒极的超稳高熵金属氧化物电极。

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