[发明专利]一种多孔电极及其制备和应用

权利要求书

1.一种多孔电极，其特征在于：所述多孔电极具有多级孔结构，包括直径为微米和/或亚微米级的球状中空空腔，空腔外部为堆积有催化剂粒子，催化剂粒子间具有纳米尺寸的二次孔结构。

2.如权利要求1所述多孔电极，其特征在于：所述中空空腔直径为100纳米-20微米；二次孔孔径为1纳米-20纳米。

3.如权利要求1所述多孔电极，其特征在于：所述球状中空空腔由可去除的球状硬模板形成，所述硬模板为聚苯乙烯小球、二氧化硅小球、多晶硅小球、四氧化三铁小球中的一种；所述硬模板的直径为100纳米-20微米；所述二次孔结构由经聚离子粘连的催化剂粒子堆积而成。

4.如权利要求1或3所述多孔电极，其特征在于：所述催化剂为碳载金属催化剂或金属催化剂；所述聚离子为全氟磺酸聚离子；所述聚离子占催化层总质量比例为5-50％。

5.如权利要求1-4任一所述多孔电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)电极浆料的制备：于混合均匀的催化剂浆料中加入亚微米-微米级硬模板并再次分散均匀得电极浆料；所述催化剂浆料与硬模板的质量比为1:19-4:1；

(2)多孔电极前体的制备：将步骤(1)所得浆料涂覆于基底表面并经干燥处理得多孔电极前体；

(3)硬模板的去除及多孔电极的制备：经步骤(2)所得多孔电极前体浸渍于相应的模板去除剂中去除硬模板，并经去离子水洗涤干燥后得多孔电极。

6.如权利要求5所述多孔电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述硬模板为聚苯乙烯小球、二氧化硅小球、多晶硅小球、四氧化三铁小球中的一种；步骤(3)所述模板去除剂相应于聚苯乙烯小球为丙酮、相应于二氧化硅小球或多晶硅小球为物质量浓度0.1-2M的氢氟酸、相应于四氧化三铁小球为物质量浓度0.1-1M稀硫酸。

7.如权利要求5所述多孔电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述催化剂浆料为按照质量比为1:(1-10):(5-50)的催化剂、水和无水乙醇混合均匀后，加入离子聚合物溶液再次混合均匀得催化剂浆料；所述催化剂与离子聚合物的质量比为19:1-1:1。

8.如权利要求5所述多孔电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)所述干燥处理的方法为自然风干、加热、真空干燥中的一种；步骤(2)所述基底为气体扩散层、电解质膜、铝箔中的一种；步骤(3)所述浸渍时间为1-10小时。

9.如权利要求8所述多孔电极的制备方法，其特征在于：所述催化剂碳载金属催化剂，包括碳载铂、碳载银、碳载钯、碳载钯合金、碳载铂合金中的一种或两种以上；所述离子聚合物溶液为5％-20％全氟磺酸聚离子的异丙醇溶液。

10.如权利要求1-4任一所述多孔电极的应用，其特征在于：所述多孔电极可作为质子交换膜燃料电池、金属空气电池、超级电容器、锂离子电池或电化学传感器中的反应多孔电极。