水·生态未来 | 西波尔为您解密BDD电极

导语：

作为一种高性能新材料，BDD（硼掺杂金刚石）电极有哪些优势和性能特点，BDD涂层电极制备时如何选择基体，推进BDD电极工业化的意义是什么，BDD电极生产企业代表又是怎样一个发展状况呢？追逐碳材料科技发展新动向，让我们开启解密BDD（硼掺杂金刚石）电极之旅吧。

何谓BDD电极？

BDD（boron-doped diamond，硼掺杂金刚石）电极是一种新型高效的多功能电极，金刚石特殊的sp3键结构及其掺杂后具有的导电性，赋予了BDD电极优异的电化学特性。

电镜下的BDD晶粒显示

BDD电极的对比优势

电极在电化学降解过程中起着举足轻重的作用。作为氧化物质（O3、·OH、H2O2 等）产生及反应的重要场所，理想的催化电极需要具备良好的导电性、稳定性和活性自由基生成能力。

传统的碳电极如：玻碳(GC)电极，石墨等，强度差，容易被反应中间产物、反应产物或其他接触物强烈吸附而污染；金属电极容易出现钝化；金属氧化物电极以及混合金属氧化物电极，寿命不长，应用领域受到限制，需要进行改性处理等工作，操作较为复杂；通过电沉积或热分解方法在基体上涂层的电极材料，电极表面性质不够稳定、容易失活等缺陷。

相对而言，BDD电极因为具有非常宽的电化学电势窗口和较小的背景电流，加上金刚石良好的化学惰性（常温下不与任何酸碱介质反应），不易结垢等特点，适用于高浓度、强酸碱、高毒性、难降解有机废水的处理，病毒和细菌的杀灭消除等场合，是极为理想的电化学电极材料选择。

未涂层BDD电极 涂层后BDD电极

BDD电极的性能特点

前面已经简单介绍了BDD电极的对比优势，那么BDD电极还有哪些优异的性能特点呢？我们一起来看下：

1、宽电化学势窗口和高析氧电位。因为阳极上发生氧化反应的同时，还存在着水电解析出氧气的竞争反应，若被处理污染物的氧化电位小于电极的析氧电位，在电极达到析氧电位前，污染物在阳极上就已经得以电催化氧化。但若氧化过程在电极的电势窗口以外发生，受到析氧的影响，污染物就难以被有效分解。电势窗口越宽(析氧电位越高)，阳极上氧气越难析出，有机污染物在阳极被氧化的概率就会越大，同时避免了析氧反应产生的能耗。因此，可以提高处理污水的效率，同时降低能耗；

2、背景电流低的特点，有利于金刚石电极检测电解液中的痕量污染物，使得BDD电极在电化学传感器方面具有宽广的应用潜力；

3、良好的物理化学稳定性，使得BDD电极在酸性、中性、碱性条件下仍能保持良好的稳定性和电极活性；

4、低吸附特性，对很多化学物质来说具有吸附惰性，常规电极表面经常发生“中毒”污染，需要对电极表面经常做预处理，以保持电极的性能。

宽电化学势窗口和高析氧电位、背景电流低、良好的物理化学稳定性、低吸附特性，可以说，正是由于这些性能特点，奠定了BDD电极作为理想电极材料选择的基础。

为确保BDD电极的电化学特性的完美展现，BDD电极的材料选择及其制备尤为关键，因而也成为了近年来的研究热点。

未涂层网状BDD电极 涂层后网状BDD电极

制备BDD涂层电极的基体选择

金刚石电极的衬底选择对于电极的结合性能有重要的影响。制备BDD涂层电极可选用的衬底材料较多，如：硅、钛、铌、钽、钨、钼、石墨、玻碳等材料。

作为电极使用，由于Si材料很脆且电导率低不适合制备大尺寸工业电极；石墨和玻碳需有中间过渡层，且机械强度差，易碎；Ti材料与金刚石的热膨胀系数差异比较大，金刚石沉积时Ti和气体中的C会生成TiC中间层，虽然TiC层确保了钛衬底和金刚石之间良好的的电接触，但TiC层粗糙多孔，极易剥落，膜基结合性能有待改善。

铌作为一种具有重要战略意义的功能材料，其熔点高、冷加工性能好。同时，化学稳定性高，抗酸碱腐蚀能力强，在电学和电化学方面具有很大的的优势，本身就是常用的电容器和电极材料。以铌材料为基体，采用CVD化学沉淀法，可制备出高质量、不同掺杂浓度的掺硼金刚石电极材料。

BDD电极的工业化意义

水是生命之源，但我国属于一个水资源紧缺型国家。随着现代化工、农业生产的迅速发展，水污染日益严重，水域的富营养化问题越来越常见，不利于生态平衡；同时，工业废水和生活污水的排放量逐渐变多，而废水中含有的化学成分变得愈发复杂，其中包括许多难以降解且对环境破坏严重的有机物，如农药、酚类和酸类等。因此，如何有效处理废水中有机化合物，寻求高效、经济的水污染治理手段已成为亟待解决的主要难题。特别是当前，新冠疫情的反复肆虐，我们不得不开始重新思考健康与环境的关系。探索绿色环保、可持续发展的高性能新材料依然是我们追求的主旋律。

BDD电极作为匹配电化学污水处理设备的耗材，承担着不可或缺的作用，已经广泛应用于污水处理，电解和电化学合成，以及基于电化学原理的探测器、传感器等，涉及到农药、皮革、造纸、纺织、食品、化妆品、医药等应用领域。但由于BDD电极核心技术的瓶颈与壁垒，国内消耗的BDD电极大多来自进口，价格高不说，并且货期不稳定。

推进BDD电极的工业化势在必行，因此也涌现了不少企业院校、科研单位等加入BDD电极科技研发以及成果转化的阵列。

BDD电极的企业代表

作为BDD电极生产企业代表，经过多年攻坚克难，西波尔CVD金刚石涂层项目团队已经在大尺寸和超低成本的BDD涂层电极的技术研发和生产制备方面取得突破，成为国内为数不多的掌握BDD电极核心技术的专业厂家之一。公司不仅能在大面积铌网上做BDD涂层，还可以在其他金属表面做涂层，其优势在于可生产基体尺寸高达500mm*500mm的大尺寸全表面CVD金刚石膜涂层电极。根据客户要求提供定制化产品，可实现同类产品进口替代，帮助客户降本增效。

涂层后板状BDD电极

道阻且长，行则将至。西波尔CVD金刚石涂层项目团队始终致力于BDD涂层电极产品的技术攻坚和成果应用研究，通过不断技术创新和产品升级来推动企业的进步，为污水治理和绿色环保贡献力量。

结语

碳材料科技发展迅速，围绕BDD电极等新材料的科研工作仍在继续。未来，相信将有更多相关新技术及新应用等待我们去解密！

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