[发明专利]一种基于超声化学表面重构的自支撑电极的制备方法

说明书

本发明涉及自支撑电极技术领域，提供了一种基于超声化学表面重构的自支撑电极的制备方法。本发明利用泡沫金属作为导电基体，在超声过程中通过调节变幅杆与导电基体的距离，从而优化导电基体上部的空化强度分布，巧妙的利用超声表面溶出金属离子作为前驱体金属源，经过一系列超声化学反应，在泡沫金属的表面原位生成纳米金属氧化物并紧密与基体结合，即通过超声化学法实现泡沫金属的表面重构进而实现自支撑电极的制备。另外，本发明提供的制备方法反应速度快、条件温和，电化学葡萄糖传感测试结果表明，本发明制备的自支撑电极兼具灵敏度高和检测限低的优点，其性能在本领域的众多电极中属于顶尖水平。

技术领域

本发明涉及自支撑电极技术领域，尤其涉及一种基于超声化学表面重构的自支撑电极的制备方法。

背景技术

自支撑电极无需额外的粘结剂、导电剂和集流体，可直接作为电极使用。其具有良好的机械特性、更高的比容量和能量密度。在众多的电催化系统(如电解水、电化学传感器等)中，自支撑电极由于其充分暴露的活性位点和优异的传输界面引起了广泛的关注。

传统的自支撑电极制造方法包括高温沉积法、冷冻干燥法和水热法等。常用的高温沉积法为化学气相沉积法，在高温的条件下，金属基材与非金属前驱体发生气相反应，从而在基体表面形成纳米颗粒层。冷冻干燥法是将预干燥的溶液喷雾冷冻，然后在低温低压下真空干燥，将溶剂直接升华去除，再将所得的冷冻干燥前驱体在一定温度和气氛下热分解，得到自支撑电极。水热法是将金属离子源和导电基体加入水热反应釜中，在高温高压条件下，在导电基体表面生长纳米氧化物层。上述这些传统方法均存在效率低和步骤复杂的缺陷，在整个制备过程耗时耗能较高，不利于工业化生产。

超声是一种高强的机械波，其对溶液中的物质可以产生独特的作用。当超声波在液体中传播时，液体介质中能产生空化泡，空化泡破裂时局域温度高达5000K左右，压力为1000bar，并且冷却速度在10¹⁰K/s以上。超声与其他的能量源在化学反应中的作用方式不同的是，超声作用于介质时并不会直接与物质发生分子级别的相互作用，促进化学反应的是超声在液相中传播时产生的空化效应。但是，在目前的超声制备过程中，只是采用改变功率的方式来宏观调整空化强度，缺乏对液相中不同区域空化效应的控制和定量表征。通过我们前期的研究表明，在超声变幅杆周围，空化分布呈现一定的区域差异性，而我们通过对其做出定量的测量，利用不同区域的空化效应便可有选择性的控制纳米材料制备过程。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于超声化学表面重构的自支撑电极的制备方法。本发明提供的制备方法能够在泡沫金属表面原位生成纳米氧化物，纳米氧化物与基体的结合能力强，电极的稳定性好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于超声化学表面重构的自支撑电极的制备方法，包括以下步骤：

将超声变幅杆插入前驱液中，然后将泡沫金属基体置于变幅杆正下方，开始进行超声后，将金属基体自上而下逐渐下降，超声结束后，得到自支撑电极。

所述前驱液的溶质包括卤化物和/或氧化剂。

优选的，所述超声变幅杆端部与泡沫金属基体的初始距离不超过2cm，金属基体下降至最底端时，超声变幅杆端部与泡沫金属基体的距离不超过5cm。

优选的，所述下降的速度为0.05～0.1cm/min。

优选的，所述超声的功率为100～1800W，振幅为5～20μm，频率为20～100kHz；所述超声的时间为10～30min。

优选的，所述卤化物包括氯化铵、溴化铵和氟化铵中的一种或几种；所述氧化剂包括过氧化氢。