[发明专利]一种电极催化剂及复合电极及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种电极催化剂及及其制备工艺，该复合电极以泡沫钛、泡沫镍和泡沫不锈钢片等泡沫状金属或合金材料为电极基底，经过处理后在基底一侧制备空气扩散层另一侧导电，在导电一侧的表面通过熏烤混有有机金属化学品的石蜡、汽油、柴油或煤油等燃料燃烧产生的火焰烟尘颗粒，在电极基底导电一侧制备得到催化层，通过在催化层表面燃料浸渍燃烧和煅烧工序，制得催化层牢固附着的复合电极。本发明制得的复合电极具有制备流程简单，且电极催化剂负载均匀，并且无需使用任何粘结剂和集流体，该复合电极具有更高的机械强度和导电性，能够更好的实际应用。

技术领域

本发明属于复合电极材料技术领域，具体为一种电极催化剂及复合电极及其制备工艺。

背景技术

电化学还原氧气催化剂在能源环境领域均有广泛应用，比如燃料电池阴极、金属空气电池阴极、微生物燃料电池阴极等能源领域用于氧气的电化学催化还原，以及在电解体系中用氧气电化学还原反应替代析氢反应可以减低能耗、减小危险性高的氢气的产生等。同时传统的氧气电化学还原催化剂经常采用铂碳等贵金属催化剂，应用时需要将其涂敷在基体材料上制成电极。这类催化剂及电极制备方法存在价格昂贵、加工难度大、催化层易脱落等问题。因此，需要开发具有性价比更高且电极稳定性好的氧气电化学还原催化剂及电极制备工艺。

蜡烛一类的碳氢燃料燃烧产生的火焰烟尘颗粒具有颗粒大小均匀，尺寸小，导电性好，物化性质稳定和生物相容性好等优点，可以作为一种良好的催化剂或者催化剂载体。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种电极催化剂及复合电极及其制备工艺，利用火焰烟尘颗粒原位制备电极催化剂，并且通过熏烤的方法将电极催化剂沉积在泡沫状电极基底上制得电极，得到的电极成本低，性能优良，能够有效降低应用该电极的电化学和微生物电化学系统如MFC等的成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电极催化剂，将有机金属与碳氢燃料混合燃烧，得到负载金属的碳纳米颗粒，所述负载金属的碳纳米颗粒即为电极催化剂。

进一步的，所述电极催化剂的粒径为20nm～150nm。

进一步的，所述碳氢燃料采用石蜡、酒精、乙腈、汽油、柴油或煤油中至少一种；所述有机金属为PEDOT螯合钴、EDTA螯合钴、二茂镍、乙酰丙酮镍和二茂铁中的至少一种。

本发明还提供一种复合电极，所述复合电极上负载有由权利要求1所述的电极催化剂形成的催化层。

本发明还提供一种复合电极的制备工艺，具体步骤如下，

S1，电极基底的制备：

在预处理后的泡沫状电极基底的一侧均匀涂抹一层PTFE溶液、干燥、加热、得到空气扩散层；打磨预处理后的电极基底的另一侧直至漏出金属层实现导电，清洗、干燥，得到一侧透气且阻隔液体，另一侧导电的电极基底；

S2，催化层沉积；

将电极基底导电的一侧靠近权利要求1所述的有机金属与碳氢燃料的燃烧火焰进行熏烤，在电极基底导电的一侧形成催化层；

在所述催化层表面涂抹液态石蜡，点燃催化层表面的液态石蜡对催化层进行固定，冷却，将固定有催化层的电极基底煅烧，得到复合电极。

进一步的，步骤S1中，所述泡沫状电极基底为泡沫金属及其合金制成的片状基底，所述泡沫金属及其合金为泡沫钛、泡沫铜、泡沫铁、泡沫铝和泡沫不锈钢中任意一种。

进一步的，步骤S1中，所述预处理具体步骤为：将泡沫状电极基底置于30％～60％的PTFE溶液中浸泡1h～24h，室温下干燥1h～24h，然后在马弗炉中300℃～400℃加热10min～40min，取出室温晾干。