[發明專利]一種雙功能的孔道合金電極及其激光選區轟擊制備方法

有效

• 申請號: 202110384951.3
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113136595B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 周偉家;王藝潔;李曉;劉震;陳玉客;劉曉燕
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C25B11/032
• 分類號: C25B11/032;C25B11/051;C25B1/23;C25B3/26
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 薛鵬喜

本發明涉及一種雙功能的孔道合金電極及其制備方法，該電極以具有孔道結構的合金金屬片為導電基底，孔道上寬下窄呈錐形，合金電催化劑顆粒原位負載在孔道內壁，此電極同時具有氣體擴散能力和電催化還原二氧化碳活性；這種雙功能的多孔合金電極采用激光轟擊選區合成方法，將兩種金屬片上下疊放在一起后，通過激光器配備的顯微鏡使激光焦點匯聚于上層金屬片，并使用激光對選定的點區域進行一段時間的轟擊，上層金屬顆粒刻蝕下層金屬片形成孔道結構，同時在孔道中原位負載合金納米顆粒，一步制得一種雙功能的孔道合金電極。本發明所采用的合成方法屬于常溫、常壓、固相、開放體系的制備方法，操作方便、易于控制、且環境友好未使用有毒反應原料。

技術領域

本發明涉及電催化技術領域，具體涉及一種激光選區轟擊合成具有氣體擴散能力和電催化還原二氧化碳活性的合金電極及其制備方法。

背景技術

氣體擴散電極在電催化等方面應用廣泛，可以用于增大電流密度以達到工業應用的要求，其主要的組成部分有氣體擴散層和催化層。其中，氣體擴散層通常選用多孔材料，用于輸送氣體，面向氣體室；催化層由催化劑組成，用于進行催化反應，面向液體室，在常壓下，氣體和電解液在催化劑層達到平衡，形成穩定的氣-液-固三相界面，提高了催化速率。近年來，使用合金作為催化層的研究越來越多，參見Miao Zhong,Zachary Ulissi,EdwardH.Sargent,et al.Accelerated discovery of CO₂ electrocatalysts using activemachine learning[J].Nature,2020,581:178-184，合金是一種重要的金屬材料，其化學性質與單一的金屬不同，因此被廣泛地應用于催化領域。

目前常用的氣體擴散電極是通過將催化劑滴加在多孔層上或者利用物理混合碾壓來制備，通常由氣體擴散層和電催化劑層兩部分組成，其存在幾方面的不足：首先，氣體擴散層和電催化劑層通常有兩部分組成，需要選擇適合的方法使氣體擴散層和催化層進行結合，增加了電極制備的復雜性，且長時間測試容易導致催化劑脫落；其次，催化劑一般負載在氣體擴散層的一面，難以在氣體擴散孔道內部實現氣體-電解液-電催化劑的三相界面構建。由此可見，選擇一種新的技術來一步實現具有氣體擴散能力的催化電極十分必要。

發明內容

針對上述現有技術，本發明的目的是提供一種激光選區轟擊合成具有氣體擴散能力的合金電極，其具有穩定性好、加工重復性高等優點。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一方面，提供一種雙功能的孔道合金電極，包括導電基底；所述導電基底上設有縱向貫穿的孔道；所述孔道的內壁上負載電催化劑；所述導電基底為金屬片，所述電催化劑為合金納米顆粒，所述導電基底的材質與合金納米顆粒中的一種金屬相同。

優選的，所述合金納米顆粒由銅、錫、銀、鎳、鉬、銦、鋅中的任意兩種金屬組成。

優選的，所述孔道呈上寬下窄的錐形。

本發明的第二方面，提供雙功能的孔道合金電極在電催化還原二氧化碳中的應用。

本發明的第三方面，提供制備方法，包括以下步驟：

(1)將上層金屬片和導電基底疊放，緊密的貼合在一起；

(2)將激光焦點匯聚于上層金屬片，使用激光對選定的點區域進行轟擊，轟擊完畢去掉上層金屬片得到雙功能的孔道合金電極。

優選的，所述上層金屬片選自銅、錫、銀、鎳、鉬、銦或鋅；所述上層金屬片和導電基底的厚度均為0.01-0.1mm。

優選的，所述激光轟擊的時間為2s-4min；激光器的功率為0.3-3W，掃描速度為50-200mm/s。

本發明的有益效果：