[发明专利]一种有序直通孔隙结构的银电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种有序直通孔隙结构的银电极材料，所述银电极材料的表面分布有银纳米粒子组成的类柱状结构阵列，在垂直于银电极材料表面的方向上，类柱状结构之间的间隙为直线或近似直线的直通孔隙；其中类柱状结构的横向尺寸为0.1～20μm，类柱状结构的高度为0.2～1.4mm，类柱状结构之间的间隙0.01～10.0μm。该直通孔隙结构有利于提高电解质的扩散速率，提高电化学反应过程中反应物与产物在电极表面的交换速率，提高了反应速率；同时，纳米银组成的类柱状结构的电导率比普通银粉末电极的电导率更高，利于电子在电极本体中的传输，因此，本发明中的银电极材料的极化效应和过电势更低，电化学性能更优异。此外，本发明还提供了该银电极材料的制备方法，过程简单，容易操作，参数调控方便，工艺更加灵活，制备效率更高。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域。更具体地，涉及一种有序直通孔隙结构的银电极材料及其制备方法。

背景技术

银电极因其特有的物理化学性质和电化学性质而广泛应用于伏安分析、压电分析、光谱分析、波谱分析等。传统的银电极是典型的多孔电极，其微观粒子的排布是杂乱无章的，所形成的孔道曲折系数较大，不利于电解质的扩散。电极在电化学反应过程中电解质扩散不通畅、极化严重、过电势大。电极材料中有序直通孔隙结构的出现通常被认为有利于电解液的扩散，对获得高电流密度和循环性能的提升起着重要作用。

国内外许多的研究学者采用正极氧化铝模板法、光刻法、自组织法等来制备有序结构的银电极材料。正极氧化铝模板法需要多次利用草酸或磷酸溶液来调节正极氧化电压和蚀刻时间来控制氧化铝纳米孔的直径(M.Muhammad,B.Yan,G.Yao,K.Chao,C.Zhu,Q.Huang,Surface-Enhanced Raman Spectroscopy for Trace Detection ofTetracycline and Dicyandiamide in Milk Using Transparent Substrate of AgNanoparticle Arrays,ACS Applied Nano Materials 3(2020)7066-7075.)，利用这一模板沉积得到的有序结构银的尺寸是特定的，如若需要改变有序结构银的尺寸，则需要重新进行模板的制备。模板法制备有序结构银，有序阵列均匀，但是方法繁琐，结构尺寸单一，应用范围较窄。光刻胶法是利用光刻工艺在平整的高纯锌片表面覆盖一层带有微孔阵列的光刻胶(左劼.银纳米树枝簇有序阵列的制备及其SERS活性[D].合肥：中国科学院大学合肥物质科学研究院，2016)。然后将加工后的锌片浸入一定配比的AgNO₃与柠檬酸的混合溶液中。由于锌片表面微孔的限制，Ag⁺与Zn之间的伽伐尼置换反应被限定在暴露的锌片范围内，每个微孔内生长出一束独立的银纳米树枝簇。光刻胶法与模板法类似，制备得到的银纳米树枝晶簇与光刻胶的微孔尺寸有关，如需要制备不同尺寸的银纳米晶簇，则需要不同微孔尺寸的光刻胶。自组织法是通过液-液二相转移方法，得到了稳定的单分散的银纳米粒子溶胶，该溶胶能自组织形成有序的二维纳米阵列(Shengtai He,J.Y,Peng Jiang,DongxiaShi,Haoxu Zhang,S.P,Sishen Xie,and Hongjun Gao,Formation of silvernanoparticles and self-assembled two-dimensional ordered superlattice,Langmuir 17(2001)1571-1575)。自组织法对纳米粒子的粒径分布范围和溶胶相的稳定性要求较高，特别地，粒子直径的标准偏差要小于10％。

以上制备方法都较繁琐，且制备得到的银电极结构尺寸单一，应用范围窄。因此，需要提供一种过程简单且能够灵活调控银电极结构尺寸的制备方法。

发明内容