钛钼合金电极(Ti–Mo)的应用领域有哪些?

钛钼合金电极Ti–Mo的应用领域有哪些? 

  1. 电化学与电解工业

氯碱工业(氯/碱电解)

应用形式:Ti–Mo 常作为“阀金属”基体,涂覆贵金属氧化物(如 RuO₂、IrO₂ 等)构成 MMO/DSA 型惰性阳极,用于氯的电催化析出与氧气演化。

价值与机理:Ti–Mo 基体提供更好的导电性、力学支撑与耐蚀基底,涂层提供催化活性与屏蔽作用,两者协同可显著延长阳极稳定性并降低电化学腐蚀和剥落风险。研究显示不同氧化物配方(Ru/Ir/Ti比)与基体处理方式会影响阳极的选择性与寿命。

工业注意点:涂层制备需控制前处理、溶胶-涂覆或喷涂参数与高温烧结/热处理工艺,以避免涂层裂纹与界面脱落。

海水电解与废水处理

应用场景:海水制氢、海水氧化、副产次氯处理、含氯废水电化学氧化/降解。

优势:Ti–Mo 基体在含 Cl⁻ 的环境中作为 MMO/DSA 基材时,能承受高氯化腐蚀条件并维持催化层的黏附与功能,从而实现稳定电流密度与较低点蚀风险。相关综述与试验指出,钛基 MMO 阳极是海水电解体系的主流选择。

实务提示:直接海水电解面临氯气/氧气选择性、腐蚀与副反应问题,电极设计需兼顾催化选择性、耐蚀涂层与电流密度管理。

电镀、阳极氧化与工业电解合成

作用:作为电镀阳极或阳极氧化基体,Ti–Mo 可作为贵金属或催化氧化层的载体,适用于难处理废水、贵金属回收与氧化合成反应的电解系统。文献与工程实践展示了 Ti 基复合涂层在氨氮/有机污染物电化学氧化中的有效性。

  1. 能源与储能系统

电解制氢(包括碱/膜电解与海水电解)

角色:Ti–Mo 可作为电极基体或集流体(current collector),在阳/阴极上承载催化层(例如 Ni、Pt、Mo 基催化剂或氧化物涂层),兼顾机械强度、抗氢脆性以及导电性能。相关研究正聚焦于通过基体合金化减少催化层-基底界面电阻并提高长期稳定性。

燃料电池与超级电容器

应用形态:用作双极板/集流体、耐腐蚀集流层或作为电催化/电极支撑的高稳定性基材。

前沿进展:基于 Ti–Mo 的薄膜(TiMoN、Ti–Mo 氮化/氧化物等)在微型/片上超级电容器、电化学器件中显示出改进的体积电容与循环稳定性,这为极端环境下的储能器件提供了新选项。

  1. 航空航天、高温电子与电弧装置

应用示例:高温电接触、电弧放电电极、阴极发射组件、热电子发射基底等。

优势:Ti–Mo 合金兼顾较好的高温强度、抗氧化能力与较低密度,在要求轻量化同时抵抗高温氧化与电弧侵蚀的器件中具有吸引力。科研与工程中对表面涂层(碳化物、硅化物、耐热氧化层)与界面工程的研究,旨在增强高温下的寿命与稳定性。

  1. 医疗与生物电子器件

应用方向:生物电极、植入式传感器/神经接口、可植入电化学装置的导电/结构基底等。

理由与证据:Ti 基合金本就以良好生物相容性著称;Ti–Mo 在体外电化学与体液环境中表现出低腐蚀速率与良好细胞相容性,部分配方被研究用于可植入电极与骨科植入物。具体体外与体内兼容性试验表明 Ti–Mo(特定合金化配方)在离子释放与点蚀方面可与医用不锈钢或纯钛竞争。

  1. 新兴/交叉领域 

/片上器件与MEMS电极

Ti–Mo 薄膜或纳米结构用于微型传感器、可穿戴/植入式储能器件的电极与互连。相关薄膜(如 TiMoN)显示出高的体积/面积电容与速率性能。

复合电极与催化载体

Ti–Mo 基体作为高稳定载体,与碳材料、金属/氧化物催化剂复合,用于氧/氯析出(OER/ClER)与有机污染物电化学降解。

6.应用注意事项与建议 

基体涂层协同设计

Ti–Mo 多用于“基体 + 贵金属氧化物”体系,基体处理(表面粗化、氧化预处理)对涂层黏附与寿命至关重要。

耐氯与选择性控制

在海水/含氯体系设计时需平衡 OER 与 ClER 的选择性(电流密度、pH、催化层配方都会改变析出物与腐蚀行为)。

材料等级与工艺

不同 Ti–Mo 成分(如 Ti–8Mo、Ti–15Mo 等)和制备工艺(VIM、粉末冶金、增材制造)会显著影响导电性、机械强度与耐蚀性,工程选型需与工艺能力匹配。

寿命与维护

工业投运前应做加速腐蚀、极化与点蚀测试,制定周期性检测与涂层再生/更换策略。

钛钼合金电极是一个跨学科、应用广泛的材料平台:在传统的氯碱、海水电解与废水处理领域已具工业化基础(以 Ti/MMO 为主),在能源存储/产氢、微电子与生物电子等新兴领域显示出快速增长的研究与应用潜力。进一步放大的应用价值依赖于基体-涂层界面工程、合金成分精细化、以及适配的成形/涂覆工艺,这些也是当前研究与产业化攻关的重点。

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