[發(fā)明專利]多層級納米孔金屬基柔性薄膜氣體擴散電極及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111575727B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 林柏霖;肖彥軍;錢瑤
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: C25B1/23
• 分類號: C25B1/23;C25B3/26;C25B3/07;C25B3/03;C25B11/032;C23C14/20;C23C14/58;C25B11/081;C25B11/052
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發(fā)明公開了一種多層級納米孔金屬基柔性薄膜氣體擴散電極的制備方法，包括以下步驟：步驟1：將柔性薄膜裁剪，依次用丙酮、乙醇、去離子水清洗、烘干備用；步驟2：用物理真空方法在柔性薄膜的一側沉積金屬膜；步驟3：使用晶格膨脹和收縮策略來構建分層的納米孔結構：金屬膜在溶液中發(fā)生陽極氧化，金屬納米粒子轉化為金屬鹽或金屬氧化物微米疇，使得金屬晶格體積發(fā)生膨脹；隨后的陰極還原將負離子或氧原子從金屬鹽或金屬氧化物中去除，使其還原為金屬單質，使得晶格原位收縮，導致在疇界處形成疇界通道/間隙，以及由于晶格收縮和負離子或氧原子損失而導致的疇內小孔，即得多層級納米孔金屬基柔性薄膜氣體擴散電極。本發(fā)明的原料廉價，制備方法簡單高效，十分有利于工業(yè)化應用。

技術領域

本發(fā)明涉及一種氣體擴散電極及其制備方法，尤其涉及一種多層級納米孔金屬基柔性薄膜氣體擴散電極及其制備方法。

背景技術

由化石燃料的大量燃燒造成的全球氣候變化加劇，溫室效率愈發(fā)嚴重，鑒于目前的趨勢，在未來10-20年內實現(xiàn)溫度控制目標的剩余碳預算會迅速耗盡，需要人們立即采取行動減少人為因素造成的二氧化碳大量排放。人工光合作用系統(tǒng)能夠同時進行CO₂還原反應(CO₂RR)和水氧化產(chǎn)氧反應(OER)，可以實現(xiàn)CO₂排放的大幅度減少和間歇太陽能在碳質燃料中的大規(guī)模儲存。CO₂RR的產(chǎn)物隨反應電位的不同而不同，其中，CO——一種理想的CO₂RR產(chǎn)物，是很好的能源載體和化工業(yè)中間體。盡管人們之前的研究工作已經(jīng)取得很大的進展，但是，即使是在CO₂RR到CO的系統(tǒng)中使用最活躍的金催化劑，也只能達到相對中庸的電化學還原CO₂性能。因此，為了能夠高效地利用太陽能電池的驅動力，需要設計、開發(fā)能夠進行高效CO₂RR和OER的催化劑、方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電化學還原CO₂的催化劑制作成本高，反應過電勢較大，難以長期高效率運行等問題，提供了一種新型高效的電化學還原CO₂納米薄膜氣體擴散電極以及快速高效的制備方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種多層級納米孔金屬基柔性薄膜氣體擴散電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將柔性薄膜裁剪，依次用丙酮、乙醇、去離子水清洗、烘干備用；

步驟2：用物理真空方法在柔性薄膜的一側沉積金屬膜；

步驟3：使用晶格膨脹和收縮策略來構建分層的納米孔結構：金屬膜在溶液中發(fā)生陽極氧化，金屬納米粒子轉化為金屬鹽或金屬氧化物微米疇，使得金屬晶格體積發(fā)生膨脹；隨后的陰極還原將負離子或氧原子從金屬鹽或金屬氧化物中去除，使其還原為金屬單質，使得晶格原位收縮，導致在疇界處形成疇界通道/間隙，以及由于晶格收縮和負離子或氧原子損失而導致的疇內小孔，即得多層級納米孔金屬基柔性薄膜氣體擴散電極。

優(yōu)選地，所述金屬包括銀，金、銅、錫、鉍、鎳等金屬。

優(yōu)選地，所述步驟1中的柔性薄膜為米多孔聚丙烯膜(nanoPP)。

優(yōu)選地，所述步驟2中的物理真空方法包括電子束蒸發(fā)法、熱蒸鍍法和磁控濺射法。

一種多層級納米孔銀基薄膜氣體擴散電極(npm-Ag)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將納米多孔聚丙烯膜(nanoPP)裁剪，依次用丙酮、乙醇、去離子水清洗、烘干備用；

步驟2：用物理真空方法在聚丙烯薄膜的一側沉積銀膜；