无铱多金属氧化物电极在酸性介质中高效催化析氯反应的研究

针对氯碱工业中贵金属铱基阳极成本高、稳定性不足的问题，研究人员通过溶胶-凝胶法开发了Ru0.3 Sn0.6 Nb0.1 O2 /Ti多金属氧化物电极。该电极在5 M NaCl（pH=2）中表现出42 mV的低过电位（10 mA cm-2 ）、96%的Cl2 选择性和54.2 A gRu -1 的质量活性，稳定性超过500小时，成本仅为商用DSA（尺寸稳定阳极）的7%，为氯碱工业节能降耗提供了新方案。

　　

氯气（Cl₂
）是化工、制药和水处理等领域的关键原料，全球年产量达8800万吨，但传统氯碱工业依赖高能耗的析氯反应（CER），且需使用含铱（Ir）的贵金属阳极，成本高昂。尽管钌（Ru）基催化剂价格较低，但其在高电流密度（≥100 mA cm^-2
）下易氧化失活，制约工业应用。针对这一难题，北京化工大学的研究团队通过溶胶-凝胶法设计了一种无铱多金属氧化物电极Ru_0.3
Sn_0.6
Nb_0.1
O₂
/Ti，相关成果发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。

研究采用溶胶-凝胶法在钛毡（Ti felt）上合成均匀分散的钌-锡-铌氧化物薄膜，通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征晶体结构和形貌，结合电化学测试评估CER性能。

Structural characterizations
SEM和EDS分析证实Ru、Sn、Nb元素在钛毡表面均匀分布（图S1-S4），XRD显示薄膜为金红石相（rutile），这种结构有利于电子传导和活性位点暴露。

Electrochemical performance
在5 M NaCl（pH=2）中，Ru_0.3
Sn_0.6
Nb_0.1
O₂
/Ti的过电位（42 mV@10 mA cm^-2
）低于商用DSA（55 mV），质量活性（54.2 A g_Ru
^-1
）是DSA（3.2 A g_Ru+Ir
^-1
）的16倍。流动池测试中，其Cl₂
选择性（93%）和稳定性（>500小时@100 mA cm^-2
）均优于DSA（81%）。

Conclusion
Sn和Nb的引入调控了氯中间体吸附，抑制了Ru活性位点的过度氧化。该电极成本仅为DSA的7%（91.3 /m²vs.1364.1/m²
），能耗降低17.5%，为氯碱工业提供了兼具高性能与低成本的解决方案。

讨论
研究通过多金属协同效应解决了Ru基催化剂稳定性差的瓶颈，其溶胶-凝胶合成方法易于放大生产，具有显著的工业化潜力。未来可进一步探索其他非贵金属掺杂对CER反应路径的调控机制。