[發明專利]一種平板式薄膜電催化工作電極及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811194350.0
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109536990A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 陳燕;朱云敏;劉茜;劉江;劉美林
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04;C23C14/28;C23C14/04;C23C14/08;C23C14/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于電催化材料技術領域，公開了一種平板式薄膜電催化工作電極及其制備方法和應用。所述平板式薄膜電催化工作電極包括石英多晶晶片襯底和襯底上的催化活性材料層；所述催化活性材料層上預留至少一塊反應區域，催化活性材料層上除反應區域之外的部分覆蓋金集流體，金集流體外接導線。本發明的平板式薄膜電催化工作電極的反應面積和形狀可以隨意調控，在1～2V下的氧析出穩定性得到很大的改善，使用壽命長，耐久性好，應用前景良好。

技術領域

本發明屬于電催化材料技術領域，具體涉及一種平板式薄膜電催化工作電極及其制備方法和應用。

背景技術

目前，新能源轉換設備原料的選取中，氫氣原料具有非常大的潛能。氫能設備的比能量高、安全性能好，而且因其在能量轉換過程中完全沒有污染產生，作為新能源轉換設備具有廣闊的發展前景。目前，氫氣制備的最理想的方法是電解水。隨著科技的進步及市場的不斷發展，提升電解水的效率日益顯得重要而迫切。因此一套完善的電解水設備是目前研究的重點，除了提升電極的催化活性來實現電解水的能量消耗之外，對現有電催化工作電極的改性與優化也是比較熱門的研究方向之一，主要是通過提高體系電解水的有效催化效率與電解體系的穩定性。

目前發現的有效的析氧催化劑：(1)貴重金屬氧化物，如IrO₂和RuO₂等；(2)具有金屬摻雜的鈣鈦礦材料：Ca_1.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+α，La_0.7Sr_0.3CoO₃和PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+α等；(3)金屬氧化物，如Co₃O₄和NiO等。由于貴金屬，雙鈣鈦礦材料與金屬氧化物的催化活性強，制備相對簡單，特別是金屬氧化物，雙鈣鈦礦材料還有催化壽命長，低毒和原料豐富等優點，是電解水首選的氧析出材料之一。

但是，在制備貴金屬，金屬氧化物和雙鈣鈦礦材料催化氧析出電極的同時，氧析出工作電極的性能仍需要進一步提高，一方面原因是上述催化劑的電導率較低，一方面原因是工作電極的使用壽命，另一方面則是催化劑與工作電極的匹配性問題。常規的商用電解液為堿性，電解液自身同時也會促使電催化工作電極損壞，集流體破壞等惡性反應，從而影響催化劑的催化活性與工作電極的使用壽命。

常規的電催化工作電極是使用玻碳片作為負載活性材料襯底，但是這類工作電極平面易損壞，且平整或特殊形狀的玻碳片價格昂貴；另外一類常用的電催化工作電極是使用碳布，碳紙，金屬鎳網等作為負載活性材料襯底，但是這類工作電極穩定性與機械強度較差。

因此開發一種制備工藝簡單，穩定性好的平板式薄膜電催化工作電極迫在眉睫。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種平板式薄膜電催化工作電極。

本發明的另一目的在于提供上述平板式薄膜電催化工作電極的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述平板式薄膜電催化工作電極在電解水中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種平板式薄膜電催化工作電極，包括石英多晶晶片襯底和襯底上的催化活性材料層；所述催化活性材料層上預留至少一塊反應區域，催化活性材料層上除反應區域之外的部分覆蓋金集流體，金集流體外接導線。