[发明专利]聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极及其制备方法

说明书

本发明涉及聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极及其制备方法。在制备方法中，以噻吩类单体，高氯酸锂，碳纤维布为原料，利用电化学沉积的方法得到聚噻吩类化合物/碳纤维布复合的制氧电极。该方法具有制作工艺简单，绿色安全，成本低且性能好的特点，可实现工业化生产。该产品在电催化水分解，能量转换和储存等众多领域具有十分广阔的应用潜力。

技术领域

本发明属于半导体聚合物电催化水分解领域，具体涉及一种聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，人们的生活水平得到大幅度的提升。与此同时，社会发展所带来的能源问题愈发凸显出来。现如今，传统的一次能源依然占据着很大的比重。其带来的环境问题以及资源短缺迫使我们着力去开发绿色的可持续发展的新型能源。太阳能、风能等清洁能源可直接转化为电能，这部分电能的储存和转化值得进一步的研究。而通过电分解水，将水分解成氢气和氧气，将电能转化成化学物质储存起来是解决上述问题的一个新路径。高性能的催化剂可以降低水分解过程所要克服的活化能，大大降低能源消耗。

对于电解水反应，一般会分解成两个半反应单独进行研究。阴极发生析氢反应，涉及到2个电子的转移，阳极发生析氧反应，涉及到4个电子的转移，所以说析氧反应的难度更大，相应的过电位更高。寻找高效实用的电极催化剂来加速析氧反应的动力学过程，始终是电化学领域近20年来的研究热点。

目前研究最为广泛，性能最优越的为贵金属基催化剂(如氧化铱)，这类金属基催化剂在实际使用中会受到环境问题和成本问题的影响。所以说开发不含金属的高性能催化剂是非常有必要的。

近来，已有一些工作将柔性的不含金属的聚合物材料作为功能催化剂应用于各种电催化反应，包括氧气析出反应。聚合物的合适的能带结构可以帮助解离水分子并提供高的氧气析出反应的活性，但聚合物电极的电化学稳定性仍然是实际应用中的主要障碍。

受到此类研究的启发，本申请将目光放在导电聚合物上，旨在提升催化活性的基础上改善电极的电化学稳定性。这类聚合物材料的合成方法简单廉价，工业制备条件成熟，同时具有较好的电化学稳定性。开发聚合物电催化电极不仅会在化工、能源等领域有重要的应用，也会为电催化材料研究提供新的视野。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种电化学稳定性高且合成方法简单的聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极及其制备方法。

本发明所涉及的聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极，包括碳纤维布以及形成于碳纤维布的聚噻吩类化合物薄膜。

优选所述聚噻吩类化合物薄膜是通过电化学沉积反应使噻吩类单体在碳纤维布上进行原位聚合而形成的。

优选所述噻吩类单体为噻吩、3号位被碳原子数为1-6的烷基链取代的噻吩的至少一种。

优选所述聚噻吩类化合物薄膜的厚度为20-100nm。

由此，聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极的催化性能优异。

本发明所涉及的聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备含有噻吩类单体和作为电解质的高氯酸锂的乙腈溶液，以碳纤维布为工作电极，将碳纤维布浸渍于所述乙腈溶液，利用恒电压电化学沉积的方法，使噻吩类单体原位聚合到碳纤维布上，形成聚噻吩类化合物薄膜，控制通电时间在0.5-7小时范围内，电沉积过程结束后，取出工作电极在纯水中浸泡而除去杂质，自然风干，得到聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极。

根据本发明的制备方法，能够合成均一的聚合物薄膜，进而用使聚合物电极有高的催化活性。

在上述的聚噻吩类化合物/碳纤维布分解水制氧电极的制备方法中，优选用浓度为1mol/L-2mol/L的硝酸对碳纤维布进行超声处理5-10分钟。