電極主要指原電池體系中的正負(fù)極與電解池體系中的陰陽極材料。按電流的流向區(qū)分：輸入電流的一端稱為陽極，輸出電流的一端稱為陰極。若按陽極上發(fā)生反應(yīng)的類型區(qū)分：發(fā)生氧化反應(yīng)的陽極與發(fā)生還原反應(yīng)的陰極。作為電化學(xué)反應(yīng)體系中的核心部件，陽極材料對(duì)反應(yīng)過程中的反應(yīng)速率、反應(yīng)機(jī)理和能耗等都有重要的影響。因此，在能源緊缺、廢水難于處理的情況下，研究出新型高性能的陽極材料對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要的理論意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

在電化學(xué)反應(yīng)體系中，還原反應(yīng)主要發(fā)生在陰極，因此對(duì)陰極材料的要求不是太嚴(yán)格。而陽極材料在反應(yīng)過程中主要發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致陽極材料易于損耗，更換頻次多于陰極材料。性能優(yōu)異的陽極材料需要滿足良好的導(dǎo)電性、高催化活性、良好的穩(wěn)定性、一定的機(jī)械強(qiáng)度等要求，如何開發(fā)出以上特點(diǎn)的陽極材料成為目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)話題。

電解工業(yè)的不斷發(fā)展促進(jìn)了陽極材料的進(jìn)步與發(fā)展。E．G．Acheson于1 896年利用電熱結(jié)晶法成功制各了人造石墨，并在電解鹽工業(yè)中實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

石墨陽極作為陽極材料在長(zhǎng)時(shí)問的工業(yè)應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)其存在以下的缺點(diǎn)：當(dāng)電解液為酸性條件下，電催化降解過程中伴隨析氧反應(yīng)的發(fā)生，碳材料極易被氧化，導(dǎo)致石墨陽極材料的膨脹變形、脫落掉渣；另一缺點(diǎn)就是碳材料的耐高溫性能較差，機(jī)械強(qiáng)度較差，在加工與運(yùn)輸過程中存在斷裂的可能。于是人們尋求金屬陽極取代石墨陽極以滿足工業(yè)發(fā)展的需求，金屬陽極存在的最大問題就是陽極鈍化，表面易于生成鈍化膜，導(dǎo)致金屬陽極催化活性降低甚至失去活性，比如鐵陽極、銅陽極。雖然鉑陽極具有電催化活性高與較高的電流效率，但是鉑金屬價(jià)格昂貴，這就限制了它的應(yīng)用范圍，此外在酸性介質(zhì)中的鉑陽極也易于鈍化。1948年，金屬鈦的制備獲得重大突破并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，這主要?dú)w功于美國(guó)的W．克勞爾博士發(fā)明鎂熱還原法成功制備出海綿鈦。用鈦?zhàn)鳛殛枠O基體材料制備新型陽極成為可能。1959年研究人員提出全新的構(gòu)想：以金屬鈦?zhàn)鳛榛w材料，金屬氧化物為活性層開發(fā)新型的金屬陽極。1 968年意大利De Nora公司率先將H．Beer的釕鈦涂層陽極實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，鈦陽極的發(fā)展進(jìn)入嶄新的篇章。

1、鈦陽極的制備方法

1）熱分解法

熱分解法是將金屬氧化物的有機(jī)溶液或水溶液均勻涂刷在經(jīng)過預(yù)處理后的基體表面，經(jīng)低溫烘干、高溫氧化等工序，得到所需的氧化物膜。該法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單、涂層厚度可控、陽極表面形成許多裂紋，增加涂層的比表面積，提高陽極催化活性。缺點(diǎn)是涂層表面易于形成泥裂狀深裂紋，涂層容易脫落。

2）溶膠一凝膠法

溶膠一凝膠法是在金屬有機(jī)化合物的溶液中，通過化合物的水解聚合，制得溶有金屬氧化物或氫氧化物微粒子的溶膠，經(jīng)一系列物理或化學(xué)反應(yīng)生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，通過低溫烘干和高溫?zé)Y(jié)后便可獲得所需的金屬氧化物納米薄膜。優(yōu)點(diǎn)是涂層析出納米顆粒、晶粒細(xì)小、涂層的致密性較好。缺點(diǎn)就是制備工藝復(fù)雜繁瑣、耗時(shí)較長(zhǎng)。

3）電沉積法

電沉積法是將預(yù)處理后的基體作為陽極置于金屬鹽電鍍液中，以不銹鋼為陰極，在恒定電流作用下電沉積一段時(shí)間后，在基體表面得到金屬氧化物膜。

電沉積法條制備件溫和、基體與涂層具有更強(qiáng)的結(jié)合力、最有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但是制備過程復(fù)雜、影響因素較多、能耗較大。

4）磁控濺射法

磁控濺射法是在氬氣氣氛中，在高頻高壓電場(chǎng)的作用下，形成的高能氣體離子流轟擊在靶材表面，靶材表面的原子被濺射出來沉積在基底表面上形成薄膜材料的制備方法。該方法優(yōu)點(diǎn)是所得涂層致密度較高，基體與涂層結(jié)合力較強(qiáng)，陽極壽命得到很大程度的提高。但是所用設(shè)備昂貴，難以在大范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

除了以上四種主要的制備方法外，鈦基金屬氧化物陽極的制備方法還包括CVD、PVD 、噴霧熱分解法等。熱分解法是制備鈦基錫銻陽極最普遍的方法，工藝簡(jiǎn)單、儀器設(shè)備易于操作、涂層組分精確可控，特別適合一般實(shí)驗(yàn)室研究，所以本實(shí)驗(yàn)采用熱分解法制備鈦陽極。

2、幾種常用鈦陽極分類

鈦陽極中涂層的選擇決定了電化學(xué)反應(yīng)的過程，即電化學(xué)反應(yīng)類型是析氧反應(yīng)還是析氯反應(yīng)，降解原理是直接降解還是間接降解。涂層的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成對(duì)電化學(xué)反應(yīng)有著決定性的影響。目前，幾種常用鈦陽極的研究主要包括Ir02／Ti系、Ru02／Ti系、Pb02／Ti系、Sn02／Ti系等。

Ir02／Ti陽極為析氧陽極，單元Ir02涂層鈦陽極在使用過程中其活性層容易剝落，陽極使用壽命短，通常需要添加一些其他組元來進(jìn)行改性研究。銥為貴金屬元素，價(jià)格較為昂貴，應(yīng)用范圍受到一定限制。銥系鈦陽極的活性層易于脫落，降低陽極催化活性；此外，該類陽極在電催化降解有機(jī)物時(shí)陽極槽壓會(huì)迅速升高，腐蝕幅度加快，導(dǎo)致陽極使用壽命大大降低。

Ru02一Ti02／Ti陽極為析氯陽極，主要應(yīng)用于氯堿工業(yè)。Ru02一Ti02／Ti陽極在氯堿工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中表明，Ru02一Ti02涂層與鈦基體結(jié)合性能不好、容易脫落、電流效率較低，導(dǎo)致陽極使用壽命較短。同銥元素一樣，釕也是貴金屬元素，價(jià)格高昂。目前，Ru02／Ti系陽極主要應(yīng)用于氯堿工業(yè)。

Pb02／Ti陽極對(duì)廢水中有機(jī)物具有很強(qiáng)的降解能力，如一些生物難降解有機(jī)廢水，最終有機(jī)物的降解產(chǎn)物為C02和H20]。Pb02／Ti陽極主要應(yīng)用與強(qiáng)酸溶液中鍍鉻、電解冶煉鋅和銅等、廢水處理、油水分離等。但是Pb02／Ti系陽極在使用過程中難免存在鉛離子脫落到電解液中的風(fēng)險(xiǎn)，造成二次污染。Sn02／Ti陽極是指在鈦基體上以氧化錫為活性組分的陽極材料，是一種很有前途的非貴金屬系鈦基金屬氧化物陽極。在常溫下Sn02具有很高的電阻率，因此不能直接作為陽極材料使用。摻雜Sb可有效改善Sn02的導(dǎo)電性能，，Sb氧化物與Sn02兩者之間會(huì)形成連續(xù)固溶體，Sb起到支撐與提高Sn02穩(wěn)定性的作用。因此，經(jīng)Sb摻雜改性的的Sn02可以作為陽極的涂層使用。研究證明Sb摻雜的Sn02．Sb／Ti陽極表現(xiàn)出較高的析氧電位和較強(qiáng)的·OH生成能力，因此對(duì)有機(jī)物表現(xiàn)出良好的電催化氧化活性，在廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用研究。表1總結(jié)了這幾種鈦基金屬氧化物陽極的特征。