[發(fā)明專利]一種用于電化學(xué)反應(yīng)的電極表面氣體行為調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710587423.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN107367531B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王景明;薛秀粘;王瑞曉;江雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/26
• 分類號(hào): G01N27/26
• 代理公司: 北京冠和權(quán)律師事務(wù)所 11399
• 代理人: 李建華

本發(fā)明提出了表面活性劑用于電極表面氣體的行為調(diào)控，屬于電化學(xué)效率調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及添加一種或多種表面活性劑調(diào)控電極表面氣體的行為和狀態(tài)，可有效降低甚至消除電極表面氣體黏附的同時(shí)提高對(duì)電極表面的氣體黏附行為?？朔送ㄟ^改變電極結(jié)構(gòu)和控制電極表面化學(xué)組成體調(diào)控電極表面行為方法的制備過程復(fù)雜，價(jià)格昂貴，且不適宜大規(guī)模使用等缺點(diǎn)，為電極表面氣體行為控制提供了新的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)效率調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及添加一種或多種表面活性劑改變(降低甚至消除或者提高)電極表面氣體的黏附，實(shí)現(xiàn)電極表面氣泡行為的有效調(diào)控，提高電解及電催化效率。

背景技術(shù)

氣體參與的電化學(xué)反應(yīng)主要包括：氣體“溢出”和“吸收”反應(yīng)，二者是影響電催化效率及相應(yīng)器件性能的關(guān)鍵因素。對(duì)于氣體溢出電催化反應(yīng)，產(chǎn)生的氣泡如果不能及時(shí)離開電極表面，就會(huì)積聚成氣膜覆蓋在表面，減小有效的催化面積，增加電解質(zhì)的擴(kuò)散阻力和極化效應(yīng)，最終導(dǎo)致能量損耗增加。另一方面，在氣體“吸收”(消耗)反應(yīng)中，通常會(huì)面臨氣體在電解液中的溶解度不夠，導(dǎo)致電催化性能不能充分發(fā)揮。針對(duì)氣體“溢出”的電化學(xué)反應(yīng),人們通過構(gòu)筑一系列有序微納結(jié)構(gòu)(MoS₂,Pt和Cu等)得到了不同的水下超疏氣電極，并將其分別用于析氫、析氧反應(yīng)等。此外也有研究者通過設(shè)計(jì)超親氣錐形電極，將電極表面氣體(氫氣)的持續(xù)收集和輸運(yùn)到錐形電極的根部，提高電極反應(yīng)的效率。上述兩種方法均是通過改變電極結(jié)構(gòu)，有助于實(shí)現(xiàn)氣體從電極表面的迅速“脫離”，使電極的效率增大。針對(duì)氣體吸收(消耗)的電化學(xué)反應(yīng)，同樣也是通過構(gòu)筑微納結(jié)構(gòu)協(xié)同低表面能物質(zhì)制備“超親氣”電極，使氣體能夠通過氣體擴(kuò)散層快速到達(dá)電極表面從而提高“耗氣”反應(yīng)的電催化效率。但是，通過改變電極結(jié)構(gòu)和控制表面化學(xué)組成調(diào)控電極表面氣體行為的方法，過程較為復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不宜大面積制備。本發(fā)明提出了一種電極表面氣體行為調(diào)控的新方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種調(diào)控電極表面氣體黏附的方法。通過往電解液中加入一定量的表面活性劑，使電極表面的氣體不再黏附在其表面，從而加快電解效率。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供如下具體的技術(shù)方案。

一種調(diào)控電極表面氣體行為的方法，包括如下步驟：往電解液中加入表面活性劑，調(diào)節(jié)電極表面的氣體在其表面的黏附，其中電解液為酸性電解液、中性電解液或堿性電解液，表面活性劑的體積分?jǐn)?shù)為0.1-0.5％。

進(jìn)一步，所述電解液的濃度為0.1-0.3M/L。

進(jìn)一步，所述表面活性劑為陰離子型、非離子型、兩性離子型表面活性劑，具體為椰油酰胺丙基甜菜堿、油酸酰胺丙基甜菜堿和十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)中的一種或多種，優(yōu)選十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)。

進(jìn)一步，電極為惰性電極，兩端施加電壓為3-8V。

所述調(diào)控電極表面氣體的行為的方法的測(cè)試方法，具體包括以下步驟，

(1)依次配置電解液為：500mL濃度為0.1M/L的硝酸；500mL濃度為0.1M/L的氫氧化鈉；500mL濃度為0.1M/L的硝酸鈉；

(2)將惰性Pt片電極(1.6*0.8*0.2cm)依次用丙酮、乙醇、去離子水清洗干凈，然后置于(1)配置的電解液中；

(3)在惰性Pt片電極兩端施加電壓，用高速攝像機(jī)觀察加入表面活性劑前后，電解液中電極表面氣體的行為變化。

所述的步驟(3)中施加的電壓為3.0V。

步驟(3)中電極表面氣體的行為變化包括氣體在電極表面的黏附狀態(tài)；氣體產(chǎn)生的多少。

在酸性和中性的電解液中，加入表面活性劑使電極表面的黏附現(xiàn)象發(fā)生反轉(zhuǎn)甚至減弱消失。在堿性電解液中，加入表面活性劑后，隨著濃度的增大正極由個(gè)別黏附至不黏附狀態(tài)，負(fù)極由沒有氣體黏附至有氣體黏附。