一种氢传感器用氧化铂电极及其制备方法与流程

本发明属于传感器用电极，具体涉及一种氢传感器用氧化铂电极及其制备方法。背景技术：1、受限于严重事故工况下恶劣多变的环境条件，安全壳内氢气浓度在线测量技术的研发至今仍是国内外核电安全技术研究领域的重点和难点。为了满足我国核安全法规和核电厂设计要求，氢浓度监测传感器应具备：①耐高温、高湿、高辐照等极端恶劣环境条件；②灵敏度高、响应时间快；③使用维护方便，寿命长；④甚至在严重事故发生时仍能正常工作。因此，如何开发满足恶劣条件下性能可靠的氢浓度传感器对于我国核电安全具有深远的意义，同时也对氢传感器用铂电极的性能提出了更高要求。2、气体渗透电离式氢气传感器是目前核电站用的主流氢气传感器之一，主要由ptblack/pt 电极（铂黑感应电极）、pto2/pt 电极（氧化铂电极）、浓硫酸电解质及气体渗透膜等组成。目前，国内研制的铂黑感应电极的性能已满足氢传感器的使用要求，但氧化铂电极依然存在高温和振动下易脱落，氧化铂涂层中二氧化铂的成分占比较低等问题，直接影响氢传感器的本征响应时间、使用性能及寿命。因此，氧化铂电极作为氢传感器的关键部件，其制备尤其重要。3、氧化铂相关性能表明，铂直接氧化法制备氧化铂电极的方法很难实施。由于二氧化铂极不稳定，加热到550℃以上pto2开始逐渐分解成pto和pt；铂的化学性能十分稳定，极不容易发生氧化反应，虽然在一定的氧气分压下，铂的氧化物生成速率在150℃-200℃和350℃-450℃最为迅速，但其氧化速率仍非常缓慢。因此，采用铂基材或多孔铂材直接氧化法制备氧化铂催化电极的方法也就很难实现。4、目前，氧化铂催化剂常用的制备方法有物理法和化学法。专利cn104900891 b公开了一种铂网担载氧化铂电极材料及其制备方法，具体方法为将pto2粉末与导电高分子有机载体按比例混合制备成pto2浆料，采用丝网印刷法担载于铂网上，最后对担载pto2浆料的铂网进行热处理制备而成，但该方法制备的氧化铂电极附着力较差。专利申请cn10491414 a公开了一种基于催化反应电化学原理的氢气浓度传感器，其中涉及对电极的基材表面采用涂覆法涂覆有二氧化铂层，其二氧化铂的附着力和比表面积、电催化等均存在不足。专利cn104900891 b采用磁控溅射法制备的氧化铂电极，附着力大幅提高，但二氧化铂的成分占比很难超过74%，从而影响核电站用氢传感器的使用性能及寿命。因此，如何制备附着力好，高含量二氧化铂涂层电极是解决氢传感器使用性能的关键因素。技术实现思路1、针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种氢传感器用氧化铂电极及其制备方法。本发明采用阳极氧化法制备氧化铂电极，解决氧化铂涂层与基材的附着力问题，同时可获得高含量二氧化铂成分的氧化铂涂层，不仅简单易操作，而且制备的氧化铂电极具有附着力好、电催化性能好等优点，可满足在核工业领域恶劣环境中工作。2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：3、一种氢传感器用氧化铂电极的制备方法，包括如下步骤：4、（1）铂基材预处理；采用喷砂法或溅射法对铂基材表面处理，然后依次经丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，得到预处理后的铂基材；5、（2）通过电化学工作站，选用三电极体系，工作电极为预处理后的铂基材，对电极为商用铂电极，参比电极为硫酸亚汞电极，在二亚硝基二氨铂溶液和koh溶液的混合溶液中，测试循环伏安特性曲线，得到经活化处理的铂基材；6、（3）以铂电极为阴极，经活化处理的铂基材为阳极，naoh或koh溶液为电解液，然后采用阳极氧化法电解，制得二氧化铂催化剂涂层电极；7、（4）将二氧化铂催化剂涂层电极依次经丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，然后进行热处理得到氢传感器用氧化铂电极。8、作为本发明的优选实施方案，所述喷砂法的压力为0.25mpa，时间为10-30s。9、作为本发明的优选实施方案，所述溅射法的温度为室温-100℃，功率为150-250w，时间为5-10min。10、作为本发明的优选实施方案，所述二亚硝基二氨铂溶液为8.5-17g/l二亚硝基二氨铂、2g/l亚硝酸钾和超纯水的混合溶液；所述koh溶液的浓度为0.1-1mol/l；所述二亚硝基二氨铂溶液和koh溶液的混合溶液中koh溶液的体积占比为50%-90%。11、作为本发明的优选实施方案，所述测试循环伏安特性曲线的温度为50-80℃，时间为5-10min。12、作为本发明的优选实施方案，所述电解的温度为60-90℃，电流为0.1-0.2a，时间为8-16h。13、作为本发明的优选实施方案，所述电解液中naoh或koh的浓度为0.1-1mol/l。14、作为本发明的优选实施方案，所述热处理温度为100-120℃，热处理时间为10-20min。15、本发明还要求保护所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法所制备的氢传感器用氧化铂电极，包括铂基材和铂基材表面的涂层，涂层中二氧化铂的质量比为85%以上。16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过测试循环伏安特性曲线活化处理以及阳极氧化法制备氧化铂电极，解决了氧化铂涂层与基材的附着力问题，同时可获得高含量二氧化铂成分，不仅简单易操作，而且制备的氧化铂电极附着力好、电催化性能好等优点，可满足在核工业领域恶劣环境中工作，对于突破ap1000氢浓度监测传感器的技术壁垒，加快我国核工业相关技术的全面国产化进程具有重要意义。技术特征：1.一种氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：2.如权利要求1所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，所述喷砂法的压力为0.25mpa，时间为10-30s。3.如权利要求1所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，所述溅射法的温度为室温-100℃，功率为150-250w，时间为5-10min。4.如权利要求1所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，所述二亚硝基二氨铂溶液为8.5-17g/l二亚硝基二氨铂、2g/l亚硝酸钾和超纯水的混合溶液；所述koh溶液的浓度为0.1-1mol/l；所述二亚硝基二氨铂溶液和koh溶液的混合溶液中koh溶液的体积占比为50%-90%。5.如权利要求1所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，所述测试循环伏安特性曲线的温度为50-80℃，时间为5-10min。6.如权利要求1所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，所述电解的温度为60-90℃，电流为0.1-0.2a，时间为8-16h。7.如权利要求1所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，所述电解液中naoh或koh的浓度为0.1-1mol/l。8.如权利要求1所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法，其特征在于，所述热处理温度为100-120℃，热处理时间为10-20min。9.权利要求1-8任一项所述氢传感器用氧化铂电极的制备方法制备的氢传感器用氧化铂电极，其特征在于，包括铂基材和铂基材表面的涂层，涂层中二氧化铂的质量比为85%以上。技术总结本发明公开了一种氢传感器用氧化铂电极及其制备方法，属于传感器用电极技术领域。本发明通过对铂基材预处理、测试循环伏安特性曲线活化电极、阳极氧化法以及热处理制备氧化铂电极，解决了氧化铂涂层与基材的附着力问题，同时涂层可获得高含量二氧化铂成分，不仅简单易操作，而且制备的氧化铂电极具有附着力好、电催化性能好等优点，可满足在核工业领域恶劣环境中工作，对于突破AP1000氢浓度监测传感器的技术壁垒，加快我国核工业相关技术的全面国产化进程具有重要意义。技术研发人员：沈月,闻明,李治东,余娟,刘伟平,王传军,李思勰,许彦亭,刘子其受保护的技术使用者：贵研先进新材料（上海）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16