[发明专利]一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法，通过掩膜版贴附、超疏水修饰和或催化剂负载制备亲气疏气协同限域电极，其排气通道捕获吸收疏气电极产生的气泡并将气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出。本发明是为了解决析气电极表面的气泡粘附的问题，基于超疏水材料的超亲气特性以及所用超疏水涂层耐酸、碱、盐的特点，制备具有快速转移输运气泡的析气电极，通过亲气疏气电极的限域协同作用，可以使电极表面产生的气泡可以快速转移，从而暴露更多的反应活性位点、促进催化反应的进行；同时气泡直接经由排气通道导出反应体系，避免了产物在电极附近溶液的富集。本发明不但适用于电催化析氢反应，而且同样适用于其它析气反应。

技术领域

本发明涉及电极技术领域，具体涉及一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法。

背景技术

生成气体的电催化反应称为电化学析气反应。析气电极表面的气泡粘附会阻碍电极与电解液之间的接触，造成电极效率降低。专利 CN108671943A在电极表面制备了微米槽结构加快了气泡的脱离过程，避免了气泡粘附从而实现高效的电化学析气反应；文献Adv.Mater., 2014,26(17):2683-7；Adv.Funct.Mater.,2015,25(11):1737-44等通过催化剂表面纳米化构筑超疏气电极提高气泡的脱离效率；J.Am.Chem. Soc.,2020,142(4):1857-63通过构筑规整的条纹催化剂阵列来降低气泡的粘附力从而加快气泡的脱离。上述方法能够有效解决气泡粘附问题，但气体产物在电解液中的直接释放会导致局部产物浓度过高，影响电极效率，另一方面产物在电解液中的富集存在一定的安全隐患。如何设计电极结构，保证气泡快速脱离的同时实现气体转移输运，避免产物在电极界面附近的富集，是进一步提升现有催化剂性能的关键。

发明内容

本发明是为了解决析气电极表面的气泡粘附的问题，基于超疏水材料的超亲气特性以及所用超疏水涂层耐酸、碱、盐的特点，采用掩模版保护、超疏水修饰、掩模版去除、催化剂负载的方法，得到具有快速转移输运气泡的析气电极，使电极表面产生的气泡可以快速转移，从而暴露更多的反应活性位点、促进催化反应的进行；同时气泡直接经由排气通道导出反应体系，避免了产物在电极附近溶液的富集。

本发明提供一种亲气疏气协同限域电极，包括基底、设置在基底上的疏气电极和设置在基底上与疏气电极相连的排气通道；

疏气电极用于发生电催化析气反应并在产生气泡时使气泡成核生长转移至排气通道，排气通道用于捕获吸收气泡并将气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出；

排气通道包括与疏气电极连接的用于捕获吸收气泡的气泡入口、用于运输气泡的超亲气条和设置在亲气疏气协同限域电极边界处用于将气泡排出的气泡出口；

排气通道具有疏水性以隔绝位于排气通道下部的基底与电解液接触。

本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，基底和疏气电极的材质为以下任意一种：碳纸、碳布、钛片、铂片、铜片和镍片。

本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，疏气电极上设置疏气催化剂；

疏气催化剂用于使加速电催化析气反应及气泡成核生长。

本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，

基底和疏气电极的材质为以下任意一种：碳纸、碳布或钛片；

疏气催化剂为以下任意一种：Pt、Ni、Cu、铂化合物、镍化合物或铜化合物。

本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，排气通道的材质为二氧化硅。

本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，

排气通道的形状为直线条、曲线条、圆条、折线条、网格条或T 字形条。