[发明专利]一种用于电化学反应的电极表面气体行为调控方法

说明书

本发明提出了表面活性剂用于电极表面气体的行为调控，属于电化学效率调控技术领域，具体涉及添加一种或多种表面活性剂调控电极表面气体的行为和状态，可有效降低甚至消除电极表面气体黏附的同时提高对电极表面的气体黏附行为。克服了通过改变电极结构和控制电极表面化学组成体调控电极表面行为方法的制备过程复杂，价格昂贵，且不适宜大规模使用等缺点，为电极表面气体行为控制提供了新的思路。

技术领域

本发明属于电化学效率调控技术领域，具体涉及添加一种或多种表面活性剂改变(降低甚至消除或者提高)电极表面气体的黏附，实现电极表面气泡行为的有效调控，提高电解及电催化效率。

背景技术

气体参与的电化学反应主要包括：气体“溢出”和“吸收”反应，二者是影响电催化效率及相应器件性能的关键因素。对于气体溢出电催化反应，产生的气泡如果不能及时离开电极表面，就会积聚成气膜覆盖在表面，减小有效的催化面积，增加电解质的扩散阻力和极化效应，最终导致能量损耗增加。另一方面，在气体“吸收”(消耗)反应中，通常会面临气体在电解液中的溶解度不够，导致电催化性能不能充分发挥。针对气体“溢出”的电化学反应,人们通过构筑一系列有序微纳结构(MoS₂,Pt和Cu等)得到了不同的水下超疏气电极，并将其分别用于析氢、析氧反应等。此外也有研究者通过设计超亲气锥形电极，将电极表面气体(氢气)的持续收集和输运到锥形电极的根部，提高电极反应的效率。上述两种方法均是通过改变电极结构，有助于实现气体从电极表面的迅速“脱离”，使电极的效率增大。针对气体吸收(消耗)的电化学反应，同样也是通过构筑微纳结构协同低表面能物质制备“超亲气”电极，使气体能够通过气体扩散层快速到达电极表面从而提高“耗气”反应的电催化效率。但是，通过改变电极结构和控制表面化学组成调控电极表面气体行为的方法，过程较为复杂，价格昂贵，不宜大面积制备。本发明提出了一种电极表面气体行为调控的新方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种调控电极表面气体黏附的方法。通过往电解液中加入一定量的表面活性剂，使电极表面的气体不再黏附在其表面，从而加快电解效率。

为了解决上述问题，本发明提供如下具体的技术方案。

一种调控电极表面气体行为的方法，包括如下步骤：往电解液中加入表面活性剂，调节电极表面的气体在其表面的黏附，其中电解液为酸性电解液、中性电解液或碱性电解液，表面活性剂的体积分数为0.1-0.5％。

进一步，所述电解液的浓度为0.1-0.3M/L。

进一步，所述表面活性剂为阴离子型、非离子型、两性离子型表面活性剂，具体为椰油酰胺丙基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱和十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)中的一种或多种，优选十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)。

进一步，电极为惰性电极，两端施加电压为3-8V。

所述调控电极表面气体的行为的方法的测试方法，具体包括以下步骤，

(1)依次配置电解液为：500mL浓度为0.1M/L的硝酸；500mL浓度为0.1M/L的氢氧化钠；500mL浓度为0.1M/L的硝酸钠；

(2)将惰性Pt片电极(1.6*0.8*0.2cm)依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗干净，然后置于(1)配置的电解液中；

(3)在惰性Pt片电极两端施加电压，用高速摄像机观察加入表面活性剂前后，电解液中电极表面气体的行为变化。

所述的步骤(3)中施加的电压为3.0V。

步骤(3)中电极表面气体的行为变化包括气体在电极表面的黏附状态；气体产生的多少。

在酸性和中性的电解液中，加入表面活性剂使电极表面的黏附现象发生反转甚至减弱消失。在碱性电解液中，加入表面活性剂后，随着浓度的增大正极由个别黏附至不黏附状态，负极由没有气体黏附至有气体黏附。