Ir 對(duì)TiO2-RuO2 涂層鈦電極析氯性能的影響

楊森 ，王雁 ，李樂(lè)琰，李利梅，趙旭

1.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085

2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450002

涂層鈦電極是指在鈦基體上涂覆具有電催化活性的金屬氧化物而制得的電極[1-3]，具有機(jī)械強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、電催化性能好等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，使用涂層鈦電極電催化析氯產(chǎn)生游離氯已在廢水處理和消毒領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用[4-6]。典型的TiO2-RuO2涂層鈦電極(簡(jiǎn)稱TiRu 電極)由H. Beer 于1965 年發(fā)明，涂層成分為T(mén)iO2和RuO2(物質(zhì)的量比為7∶3)[7-8]。然而在應(yīng)用過(guò)程中，廢水中的Cl-濃度往往不高，陽(yáng)極在發(fā)生析氯反應(yīng)的同時(shí)還會(huì)發(fā)生析氧副反應(yīng)。TiRu 電極的析氧電位(OEP)與析氯電位(CEP)相差不大(約0.08 V)導(dǎo)致其析氯選擇性和電流效率都較低，而且RuO2的溶解也加速了電極的失活[8-10]。因此，提高TiRu 電極的析氯選擇性及延長(zhǎng)其使用壽命，已成為涂層鈦電極的重要研究方向之一[11-14]。

銥(Ir)作為貴金屬，其離子半徑與Ru 相近[15]，其氧化物IrO2同樣具有電催化活性，且具有反應(yīng)選擇性好、耐腐蝕能力強(qiáng)、不易鈍化等優(yōu)點(diǎn)[16-18]。Li 等[19]制備的Ti/IrO2/Sb-SnO2電極與無(wú)中間層的Ti/Sb-SnO2電極相比，強(qiáng)化壽命提升了30 倍。Xu 等[20]通過(guò)熱分解法在鈦基體上制備了含有IrO2-TiO2中間層的Ti/IrOx-TiO2/IrO2電極，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)化壽命是Ti/IrO2電極的6 倍，且添加中間層有助于減小電極表面的晶粒，使表面結(jié)構(gòu)更致密。王玲利等[21]發(fā)現(xiàn)，在TiO2含量較低(60%)的TiRu 電極中摻雜Ir 后，析氯電位下降，析氧電位上升，且強(qiáng)化壽命提升了3.82 倍。Zeng 等[22]發(fā)現(xiàn)涂層中IrO2與TiO2、RuO2形成固溶體有利于提高電極壽命，但沒(méi)有對(duì)電極電化學(xué)性能與析氯選擇性進(jìn)行研究。一般而言，Ir 作為中間層或Ir 摻雜涂覆層，可顯著提高析氯選擇性與延長(zhǎng)電極壽命。然而，Ir 在地球中的儲(chǔ)量稀少，價(jià)格昂貴，且近年價(jià)格不斷上漲，電極的制備成本因此而大幅提高。

本文通過(guò)熱分解法制備了TiO2-RuO2涂層鈦電極(TiRu)、含Ir 中間層的IrO2/TiO2-RuO2涂層鈦電極(IrO2/TiRu)和Ir 摻雜活性層的TiO2-RuO2-IrO2涂層鈦電極(TiRuIr)，考察了Ir 對(duì)電極微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響，系統(tǒng)地研究了Ir 在電極中的添加形式、Ru 與Ir 物質(zhì)的量比與涂覆層數(shù)對(duì)電極析氯性能、壽命及制備成本的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 電極基體的預(yù)處理

電極基體選用商業(yè)鈦網(wǎng)(TA 2)，大小為35.0 mm × 35.0 mm × 0.5 mm，分別用粗、細(xì)砂紙打磨，去除表面氧化物，然后依次放入丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水中超聲清洗以去除表面油污，最后在10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))草酸溶液中煮至微沸，酸蝕刻2 h 后用大量去離子水洗凈鈦網(wǎng)，放入無(wú)水乙醇中備用。

1.2 電極的制備

1.2.1 TiRu 電極的制備

將鈦酸四丁酯(99.0%，分析純)、三氯化釕(RuCl3·3H2O，Ru 含量≥37.0%)按照Ti 與Ru 物質(zhì)的量比7∶3配成涂液，均勻涂覆在鈦網(wǎng)基體兩面，干燥10 min 后置于450 ℃的馬弗爐中煅燒15 min，取出冷卻，再進(jìn)行下一次涂覆。上述涂覆過(guò)程重復(fù)15 次，每次涂覆量約為0.16 mg/cm2，涂完最后一次的試樣烘干后置于450 ℃的馬弗爐中退火1 h，隨爐冷卻至室溫后得到TiRu 電極。

1.2.2 IrO2/TiRu 電極的制備

將氯銥酸(H2IrCl6·6H2O，Ir 含量≥35.0%)和鈦酸四丁酯按照Ti 與Ir 物質(zhì)的量比為7∶3 配成涂液，均勻涂覆在鈦網(wǎng)基體兩面，干燥10 min，然后在450 ℃的馬弗爐中煅燒15 min，取出冷卻，再進(jìn)行下一次涂覆。上述涂覆過(guò)程重復(fù)涂覆5 次，每次涂覆量約為0.08 mg/cm2，最后一次涂覆烘干后置于450 ℃的馬弗爐中退火1 h，隨爐冷卻至室溫后得到含有IrO2中間層的電極基體。在此基礎(chǔ)上，按照1.2.1 節(jié)涂覆TiRu 涂層15 次，得到IrO2/TiRu 電極。

1.2.3 TiRuIr 電極的制備

在Ti 與貴金屬(Ru + Ir)的物質(zhì)的量比為7∶3 的基礎(chǔ)上，按照Ru 與Ir 物質(zhì)的量比為2∶1、8∶1、14∶1或20∶1，將鈦酸四丁酯、三氯化釕和氯銥酸配成涂液，按照1.2.1 節(jié)的方法涂覆15 次，分別得到TiRuIr、TiRu8Ir1、TiRu14Ir1和TiRu20Ir1電極。此外，將Ru 與Ir 物質(zhì)的量比為2∶1 的涂液按1.2.1 節(jié)的方法分別涂覆2、5 和10 次，獲得不同涂層層數(shù)的TiRuIr 電極，分別記為2-TiRuIr、5-TiRuIr 和10-TiRuIr。

1.3 電極的表征與測(cè)試

1.3.1 物理表征

通過(guò)日本HITACHI 的SU8020 型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)觀察電極的表面形貌，并采用其附帶的能譜儀(EDS)分析電極表面的元素分布。通過(guò)荷蘭Panalytical 儀器公司的X’Pert Pro MPD 型X 射線衍射儀(XRD)表征晶體結(jié)構(gòu)，采用Cu Kα 靶，光波波長(zhǎng)為0.154 nm，加速電壓40 kV，電流40 mA，掃描范圍為5°～90°。

1.3.2 電化學(xué)表征

采用美國(guó)Princeton 的Versa STAT 3F 型電化學(xué)工作站測(cè)試電極的電化學(xué)性能。將電極裁剪成20 mm × 10 mm大小作為工作電極(工作面積1 cm2)，對(duì)電極為鉑絲，參比電極為Ag/AgCl/3.5 mol·L-1KCl 電極。電解液為4 mol/L 氯化鈉溶液(pH = 2)和0.5 mol/L 硫酸溶液。通過(guò)線性伏安掃描法(LSV)測(cè)量電極的析氯電位、析氧電位和Tafel 斜率。測(cè)量得到的電位通過(guò)式(1)轉(zhuǎn)換為相對(duì)于可逆氫電極的電位(φRHE)。通過(guò)循環(huán)伏安法(CV)測(cè)定電極表面的反應(yīng)過(guò)程和電化學(xué)活性面積。

式中φ為測(cè)量得到的實(shí)際電位(單位：V)，φRE為參比電極的標(biāo)準(zhǔn)電位(本文為0.205 V)，pH 指電解液的pH，i為測(cè)量得到的實(shí)際電流(單位：A)，R為電解液的電阻(本文為1.43 Ω)。

1.3.3 析氯實(shí)驗(yàn)及強(qiáng)化壽命實(shí)驗(yàn)

采用DH1766-2 型直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行析氯實(shí)驗(yàn)與強(qiáng)化壽命實(shí)驗(yàn)，裝置如圖1 所示。陽(yáng)極為制備的電極(工作面積1 cm2)，陰極為鈦片，電極間距2 cm，在10 mA/cm2的電流密度下電解100 mL 的0.05 mol/L NaCl 溶液(pH = 7)。在0、5、10、15、20 和30 min 時(shí)取樣，按標(biāo)準(zhǔn)HJ 586-2010《水質(zhì) 游離氯和總氯的測(cè)定N,N-二乙基-1,4-苯二胺法分光光度法》測(cè)定游離氯的質(zhì)量濃度(以Cl2計(jì))。強(qiáng)化壽命實(shí)驗(yàn)所用電解液為1 mol/L硫酸溶液，在40 ℃下以2 A/cm2進(jìn)行電解，電極電壓上升至20 V 視為電極失活。

圖1 析氯實(shí)驗(yàn)和強(qiáng)化壽命實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Figure 1 Diagram of the setup for chlorine evolution test and accelerated life test

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形貌分析

如圖2 中掃描電鏡照片所示，TiRu 電極、IrO2/TiRu 電極和TiRuIr 電極表面均存在裂紋，這是熱分解法制備電極的普遍現(xiàn)象，它們的裂隙尺寸分別約為1.316、0.631 和0.526 μm?？梢?jiàn)，與TiRu 電極相比，IrO2/TiRu電極和TiRuIr 電極的裂隙尺寸均有一定程度降低。TiRuIr 電極的裂隙尺寸最小，且表面最平整致密，這是由于IrO2和TiO2、RuO2在一定條件下可形成固溶體。從圖2g 和圖2h 給出的表面元素分布可知，IrO2/TiRu 電極與TiRuIr 電極中的Ti、Ru、Ir 和O 元素都分布均勻，TiRuIr 電極表面Ir 的含量明顯高于IrO2/TiRu 電極表面，這是IrO2/TiRu 電極中IrO2中間層被TiRu 表面涂覆層覆蓋所致。表面裂紋使電極工作時(shí)電解液和產(chǎn)生的氣體更容易進(jìn)入其中，破壞涂層和基體，令電極壽命縮短[23-25]。降低裂隙尺寸可以阻止溶液和氣泡進(jìn)入電極涂層內(nèi)部，減緩鈦基體的鈍化，大幅度提升電極的使用壽命。

圖2 TiRu(a)、IrO2/TiRu(b)和TiRuIr(c)電極表面的SEM 圖像[(d)、(e)和(f)分別為(a)、(b)和(c)中裂紋的局部放大]，以及IrO2/TiRu(g)和TiRuIr(h)電極表面的元素分布Figure 2 SEM images of the surfaces of TiRu electrode (a), IrO2/TiRu electrode (b), TiRuIr electrode (c) [(d), (e), and (f) are enlarged views of the cracks in (a), (b), and (c)], and elemental mapping images of IrO2/TiRu electrode (g) and TiRuIr electrode (h)

2.2 XRD 分析

由圖3 可知，TiRu、IrO2/TiRu 和TiRuIr 電極的衍射峰基本一致，在34.8°、38.4°、40.1°、53.0°、63.0°、70.6°及77.3°出現(xiàn)的衍射峰分別對(duì)應(yīng)鈦基體的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)和(112)晶面。值得注意的是，IrO2/TiRu 和TiRuIr 電極中Ti4+、Ru4+及Ir4+離子的半徑相近，分別為60.5、62 和62.5 pm，其氧化物晶型結(jié)構(gòu)相同[26-28]。因此可發(fā)現(xiàn)，IrO2/TiRu 和TiRuIr 電極中在27.9°、35.2°和54.1°位置均呈現(xiàn)出TiO2、RuO2和IrO2的金紅石型固溶體所對(duì)應(yīng)的(110)、(101)和(211)衍射峰。TiRuIr 電極中金紅石型固溶體的衍射峰強(qiáng)度更高，表明TiRuIr 電極中形成的金紅石固溶體結(jié)晶性能更好。

圖3 TiRu、IrO2/TiRu 和TiRuIr 電極的XRD 譜圖Figure 3 XRD patterns of TiRu, IrO2/TiRu, and TiRuIr electrodes

2.3 電化學(xué)性能分析

2.3.1 線性伏安曲線分析

線性掃描伏安法是用于分析電極材料電化學(xué)性能的常規(guī)電化學(xué)測(cè)試方法，其工作原理基于電化學(xué)工作站向工作電極施加以恒定速率增長(zhǎng)的電位，并記錄響應(yīng)電流信號(hào)。析氯電位(φCE)和析氧電位(φOE)分別是指電極發(fā)生析氯反應(yīng)和析氧反應(yīng)時(shí)的電位，一般以10 mA/cm2電流密度下的析氯電位和析氧電位表示電極發(fā)生析氯反應(yīng)和析氧反應(yīng)的難易程度[10,29]。本文采用4 mol/L 氯化鈉溶液(pH = 2)作為電解質(zhì)測(cè)試電極的析氯性能，在0.5 mol/L 硫酸溶液中測(cè)試電極的析氧性能。

從圖4a 中可看出，在電位為1.5 V(相對(duì)于RHE，下同)時(shí)，TiRu 電極、IrO2/TiRu 電極和TiRuIr 電極的電流密度分別為81.29、73.24 和93.53 mA/cm2?？梢?jiàn)，在相同電位下，TiRuIr 電極的電流密度更大，電極析氯性能更強(qiáng)。從圖4b 中可看出，當(dāng)電位為1.5 V 時(shí)，TiRu 電極的電流密度為79.51 mA/cm2，高于TiRuIr 電極和IrO2/TiRu 電極的電流密度(分別為28.54 mA/cm2和42.4 mA/cm2)，說(shuō)明電極的析氧性能在加入IrO2后降低，這有利于提高析氯選擇性。由表1 可知，3 種電極在10 mA/cm2下的析氯電位相差不大，而析氧電位由高到低分別為T(mén)iRuIr 電極、IrO2/TiRu 電極和TiRu 電極。具有最高析氧電位的TiRuIr 電極在發(fā)生析氯反應(yīng)時(shí)會(huì)析出更少的氧氣，其析氯選擇性更好。

圖4 電極在pH = 2 的4 mol/L NaCl 溶液(a)和0.5 mol/L H2SO4 溶液(b)中的LSV 曲線(掃速0.005 V/s)，以及由圖4a 轉(zhuǎn)化得到Tafel 曲線(c)Figure 4 Linear sweep voltammograms for different electrodes in (a) 4 mol/L NaCl solution (pH = 2) and(b) 0.5 mol/L H2SO4 solution respectively at scan rate 0.005 V/s, and Tafel plots (c) derived from Figure 4a

根據(jù)文獻(xiàn)[30-31]報(bào)道，通過(guò)擬合得到的Tafel 曲線斜率越小，電極反應(yīng)電流密度達(dá)到指定電流密度所需的過(guò)電位(?φ)就越小，反應(yīng)速率越高，電極催化活性越強(qiáng)。從圖4c 可看出，TiRuIr 電極的Tafel 斜率最小，說(shuō)明其表面具有更快的析氯反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

2.3.2 循環(huán)伏安曲線分析

圖5a、5b 和5c 分別為T(mén)iRu、TiRuIr 和IrO2/TiRu 電極在非法拉第電流區(qū)間的循環(huán)伏安曲線。3 種電極在0.92 ～1.02 V 電位區(qū)間均未出現(xiàn)明顯的氧化還原峰，表明電極在該區(qū)間內(nèi)沒(méi)有發(fā)生氧化還原反應(yīng)。圖5d是0.97 V 下響應(yīng)電流密度與對(duì)應(yīng)掃描速率的線性擬合結(jié)果，直線的斜率表示雙電層電容(Cdl)的大小。根據(jù)式(2)可計(jì)算出電化學(xué)活性面積(AECSA)。

圖5 TiRu(a)、IrO2/TiRu(b)和TiRuIr(c)電極的CV 曲線，以及電流密度與掃描速率的線性擬合結(jié)果(d)Figure 5 Cyclic voltammograms of TiRu electrode (a), IrO2/TiRu electrode (b), and TiRuIr electrode (c),and linear fitting diagram of current density and scan rate (d)

式中Cs為表面光滑的理想電極對(duì)應(yīng)的電容，理想金屬氧化物的Cs一般取60 μF/cm2[32]。由此計(jì)算出TiRu 電極、IrO2/TiRu 電極和TiRuIr 電極的電化學(xué)活性面積分別為580.0、526.7 和722.7 cm2，TiRuIr 電極具有最大的電化學(xué)活性面積。IrO2/TiRu 電極的電化學(xué)活性面積比TiRu 電極小，可能是因?yàn)榧尤隝rO2中間層后，電極表面的裂紋變得更淺、更窄(如2.1 節(jié)中掃描電鏡結(jié)果所示)，造成電化學(xué)活性面積略有下降。另一方面，TiRuIr電極的電化學(xué)活性面積高于TiRu 電極，可能是Ir 對(duì)電極結(jié)晶性能的影響所致(見(jiàn)2.2 節(jié)中對(duì)XRD 結(jié)果的分析)。電化學(xué)活性面積越大，可以提供電催化活性的點(diǎn)位越多，電極的電催化活性就越強(qiáng)。

2.4 析氯實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

游離氯是指以次氯酸、次氯酸鹽離子和溶解的單質(zhì)氯存在的氯。在電催化析氯過(guò)程中產(chǎn)生的游離氯可氧化降解含有機(jī)污染物或含氨氮的廢水。電極的析氯性能越好，產(chǎn)生的游離氯就越多，氧化效率越高[33]。

圖6 給出了不同電極在0.05 mol/L 氯化鈉溶液(pH = 7)中以電流密度10 mA/cm2電解所產(chǎn)生的游離氯(以Cl2計(jì))的質(zhì)量濃度。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，TiRu、IrO2/TiRu 和TiRuIr 電極電解產(chǎn)生的游離氯濃度均逐漸上升。在30 min 時(shí)，TiRuIr 電極電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度達(dá)到29.7 mg/L，高于IrO2/TiRu 電極(20.1 mg/L)和TiRu電極(14 mg/L)。通過(guò)式(3)算得TiRu、IrO2/TiRu 和TiRuIr 電極的法拉第電流效率(η)分別為21.8%、29.2%和53.2%。

圖6 不同電極電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度Figure 6 Mass concentration of free chlorine produced by electrolysis at different electrodes

式中，2 為析氯反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)(96 485 C/mol)，nCl2為電解過(guò)程中產(chǎn)生的游離氯(以Cl2計(jì))的物質(zhì)的量(單位：mol)，I為施加的電流(單位：A)，t為電解時(shí)間(單位：s)。

通常，電解氯化鈉在陽(yáng)極發(fā)生析氯反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著析氧副反應(yīng)。析氯電位與析氧電位相差越大，電極的析氯選擇性就越高，電極電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度與電流效率也越高。根據(jù)表1，TiRuIr 電極的析氯、析氧電位差最大，其析氯選擇性最高，因此該電極電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度與電流效率均高于IrO2/TiRu電極與TiRu 電極。

進(jìn)一步研究了Ru 與Ir 物質(zhì)的量比及涂覆層數(shù)對(duì)TiRuIr 電極析氯性能的影響。由圖7a 可知，在相同涂覆層數(shù)的條件下，隨著電極涂層中Ir 含量的降低，電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度降低。由圖7b 可知，在Ru 與Ir物質(zhì)的量比相同的條件下，當(dāng)涂層從15 層減少到10 層，電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度升高，這可能是由于涂覆15 層的TiRuIr 電極表面涂層過(guò)厚，負(fù)載量過(guò)高(2.4 mg/cm2)，不利于氣體在電極表面的析出，令反應(yīng)速率降低了；涂覆2 層時(shí)電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度高于涂覆5 層的電極，則可能是由于涂覆層數(shù)過(guò)少導(dǎo)致表面涂層多孔，涂層孔隙度高，有利于氣體的析出，加快了反應(yīng)速率[34]。另外，本文所制備的IrO2/TiRu 電極中Ir的用量與TiRu8Ir1電極基本相同(均為0.183 mg/cm2)，而采用IrO2/TiRu 電極電解30 min 產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度(20.1 mg/L)低于TiRu8Ir1電極(22.7 mg/L)?？梢?jiàn)，在相同Ir 用量條件下，Ir 摻入活性層更有利于電極的析氯反應(yīng)。

圖7 不同Ru 與Ir 物質(zhì)的量比(a)和不同涂覆層數(shù)(b)的TiRuIr 電極電解產(chǎn)生的游離氯質(zhì)量濃度Figure 7 Mass concentration of free chlorine produced by electrolysis at TiRuIr electrodes prepared at different molar ratios of Ru to Ir (a) or with different layers of coating (b)

2.5 強(qiáng)化壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由圖8 可見(jiàn)，TiRuIr 電極和IrO2/TiRu 電極的強(qiáng)化壽命分別達(dá)到200 h 和148 h，相比TiRu 電極(9.5 h)分別提升了20.0 倍和14.6 倍，說(shuō)明Ir 摻入活性層可以更好地延長(zhǎng)電極壽命。由圖9a 可知，當(dāng)Ru 與Ir 物質(zhì)的量比從2∶1 增大至8∶1(即Ir 含量減少)時(shí)，電極的強(qiáng)化壽命顯著縮短；當(dāng)Ru 與Ir 物質(zhì)的量比進(jìn)一步增大至20∶1(即Ir 含量繼續(xù)減少)時(shí)，電極的強(qiáng)化壽命略有縮短。由圖9b 可知，在Ru 與Ir 物質(zhì)的量比為2∶1 的條件下，當(dāng)涂覆層數(shù)由2 增加至5 時(shí)，強(qiáng)化壽命略有延長(zhǎng)；當(dāng)涂覆層數(shù)由5 增加至15 時(shí)，電極的強(qiáng)化壽命顯著延長(zhǎng)。

圖8 不同電極的強(qiáng)化壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果Figure 8 Accelerated lifetime test curves of different electrodes

圖9 不同Ru 與Ir 物質(zhì)的量的比(a)及不同涂覆層數(shù)(b)的TiRuIr 電極的強(qiáng)化壽命Figure 9 Accelerated lifetimes of TiRuIr electrode prepared at different molar ratios of Ru to Ir (a)or with different layers of coating (b)

2.6 電極成本的估算

為給低成本、高性能電極的制備提供參考，表2 給出了通過(guò)式(4)和式(5)計(jì)算得出的電極壽命與電極成本之間的關(guān)系。雖然Ir 含量越高、涂覆層數(shù)越多，電極析氯性能及壽命就越好，但是Ir 價(jià)格昂貴，因此在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇不同Ir 含量與涂覆層數(shù)的電極。

表2 各種電極的強(qiáng)化壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果及涂層成本Table 2 Accelerated lifetimes and costs of different electrodes

式中，CRu和CIr分別表示電極的涂層中貴金屬Ru 和Ir 的成本，單位為元；電極中Ti、Ru、Ir 的物質(zhì)的量比以a∶b∶c來(lái)表示；m指電極涂層的負(fù)載量，單位為g；M是其下標(biāo)對(duì)應(yīng)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，單位為g/mol。

3 結(jié)論

1) 采用熱分解法制備了TiRu 電極、IrO2/TiRu 電極和TiRuIr 電極，通過(guò)掃描電鏡發(fā)現(xiàn)Ir 摻入活性層可使電極表面更致密，裂縫尺寸更小。X 射線衍射表明IrO2可與TiO2、RuO2形成金紅石型固溶體，有利于提高涂層的穩(wěn)定性。

2) 電化學(xué)表征說(shuō)明Ir 摻入活性層可以增大電極析氯電位與析氧電位的差異，提高電極的析氯選擇性。TiRuIr 電極具有更大的電化學(xué)活性面積，其析氯效果和強(qiáng)化壽命均優(yōu)于IrO2/TiRu 電極和TiRu 電極。

3) 提高Ru 與Ir 的物質(zhì)的量比會(huì)降低電極析氯效果并縮短其壽命，而適當(dāng)增加涂覆層數(shù)有助于延長(zhǎng)電極壽命。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景可根據(jù)成本計(jì)算來(lái)選擇不同Ir 含量與涂覆層數(shù)的電極。