[发明专利]一种新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极的制备方法

说明书

本发明属于电化学技术领域，涉及一种新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极的制备方法，首先将导电炭黑、无水乙醇与聚四氟乙烯乳液进行混合，将得到的混合产物进行热处理，即得导电炭黑/PTFE复合材料；然后将得到的复合材料作为前驱体与无水乙醇、聚四氟乙烯乳液再次混合，得到混合乳液，将混合乳液碾压在不锈钢网上，得到初步气体扩散电极，再将其在马弗炉中煅烧，即得新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极。本发明改进了传统气体扩散电极的合成工艺，将PTFE在作为粘合剂的同时，也起到了导电炭黑催化剂的改性剂作用，从而使得经过两步高温工艺合成的气体扩散电极具有较高的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极的制备方法。

背景技术

近年来，将气体扩散电极用于电催化产H₂O₂在水污染修复领域引起了广泛的关注，该反应过程中在气体扩散电极表面富集的O₂可通过两电子还原反应转化为H₂O₂。电化学原位产生的H₂O₂可通过紫外光激发以及芬顿反应转化为具有强氧化性的羟基自由基，从而实现水体中污染物的高效降解脱除。

气体扩散电极是一个有固、液、气三相反应的电化学反应的电极，因此气体扩散电极主要包括气体扩散层(gas diffusion layer)、催化层(catalyst layer)集流体(current collector)三部分。气体扩散层起到防水和输送气体作用；催化层负责提供三相反应区；集流体则起电流汇集和传输的作用。目前，炭黑/聚四氟乙烯(PTFE)复合电极是研究最为广泛的气体扩散电极，其主要制备过程为将炭黑、PTFE以及乙醇混合、烘干，然后经过碾压以及一步高温热处理工艺合成。该制备工艺所得的气体扩散电极存在以下问题：

(1)电极催化活性有待提高

在气体扩散电极活性位上，氧气的还原除了两电子还原生成H₂O₂外，还可通过四电子反应途径生成H₂O，二电子和四电子的电位窗口交互重叠。该特性使得电极在大电流密度条件下工作时极化效应显著，进而减少电解生成H₂O₂的电流效率，增加能耗。

(2)电极催化活性位稳定性较差

碳黑-PTFE气体扩散电极制备工艺本身缺陷致使其难以具备较稳定的催化活性。PTFE经过高温处理后会发生剥落、收缩，使得炭黑催化活性位裸露在电极表面。因此，电极材料在长时间运行后，裸露在溶液中的催化剂易发生化学腐蚀。

发明内容

根据以上现有技术的不足，为了提升炭黑/PTFE气体扩散电极的催化活性和稳定性，本发明提出一种新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极的制备方法，该方法的主要特点是气体扩散电极的合成工艺中含有高温热处理工艺和低温热处理工艺，相比较于一步法热处理合成的传统炭黑/PTFE电极而言，本专利合成的电极具有更高的H₂O₂产率和稳定性。

本发明具体的技术方案如下：一种新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将导电炭黑、无水乙醇与聚四氟乙烯乳液进行混合，将得到的混合产物进行热处理，即得导电炭黑/PTFE复合材料；

步骤二，将步骤一得到的复合材料作为前驱体与无水乙醇、聚四氟乙烯乳液再次混合，得到混合乳液，将混合乳液碾压在不锈钢网上，得到初步气体扩散电极，再将其在马弗炉中煅烧，即得新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极。

其中优选方案如下：

所述的导电炭黑的型号为VXC-72、VXC-72R、Printex L6或Printex25。