[發明專利]一種仿生浸潤性梯度錐簇電極

有效

• 申請號: 202110487526.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113215604B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 張金科;于存明
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C25B11/02
• 分類號: C25B11/02;C25B11/04;C25B1/04;C25F3/14
• 代理公司: 北京巨弘知識產權代理事務所(普通合伙) 11673
• 代理人: 王輝

1.一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：包括若干個排列成簇狀的仿生浸潤性梯度錐形電極（1）和位于各個所述仿生浸潤性梯度錐形電極（1）之間的氣泡輸送區（2）；

所述仿生浸潤性梯度錐形電極（1）包括金屬棒（11）和設置在所述金屬棒（11）上端的金屬錐（12），所述金屬錐（12）包括位于尖端的具有疏水性的疏水區（121）、與所述金屬棒（11）相鄰的超疏水區（122）和位于所述疏水區（121）及所述超疏水區（122）之間的過渡區（123）；

所述疏水區（121）用于電解產生氣泡，所述超疏水區（122）和所述過渡區（123）表面覆蓋疏水粒子，所述過渡區（123）用于使所述氣泡脫離所述疏水區（121）并將所述氣泡輸送至所述超疏水區（122）；

所述氣泡輸送區（2）包括各個所述過渡區（123）之間的空隙組成的氣泡區（21）和各個所述超疏水區（122）之間的空隙組成的氣囊區（22）；所述氣泡區（21）用于所述氣泡的輸送和富集，所述氣囊區（22）用于將所述氣泡形成氣囊，所述氣囊用于防水和有選擇地吸收所述疏水區（121）輸送的所述氣泡并將所述氣泡輸送至設置在所述仿生浸潤性梯度錐簇電極尾部的氣體收集裝置；

所述仿生浸潤性梯度錐形電極（1）的材質為銅；

所述疏水粒子為納米二氧化硅粒子，所述納米二氧化硅粒子在所述超疏水區（122）的厚度大于在所述過渡區（123）的厚度。

2.根據權利要求1所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：所述金屬棒（11）為銅絲，所述疏水區（121）為裸露的疏水銅錐。

3.根據權利要求1所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：所述仿生浸潤性梯度錐形電極（1）的數量為2個以上。

4.根據權利要求1所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：所述疏水區（121）的水接觸角為125°~130°，所述疏水區（121）的氣泡接觸角為105°~110°；

所述超疏水區（122）的水接觸角為150°~160°，所述超疏水區（122）的氣泡接觸角為+0°~10°；

所述過渡區（123）的水接觸角為135°~140°，所述過渡區（123）的氣泡接觸角為10°~20°。

5.根據權利要求1所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：所述氣泡為氫氣氣泡。

6.根據權利要求1所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：仿生浸潤性梯度錐簇電極的制備方法包括如下步驟：

S1、疏水金屬錐制備：將金屬棒通過電化學梯度腐蝕的方法，制備成錐形仿生電極，將所述錐形仿生電極的錐形部浸入十二烷基硫醇的乙醇溶液進行疏水修飾后取出，得到疏水錐形仿生電極；

S2、浸潤性梯度金屬錐電極制備：將所述疏水錐形仿生電極的錐形部浸入含有納米二氧化硅粒子的超疏水溶液中后取出干燥，調節所述納米二氧化硅粒子的濃度、溶劑的種類和控制溶劑的揮發時間，使納米二氧化硅粒子的厚度從所述過渡區（123）向所述超疏水區（122）逐漸增加、使所述疏水區（121）裸露，實現納米粒子在所述錐形部的自組裝，得到所述仿生浸潤性梯度錐形電極（1）；

S3、浸潤性梯度金屬錐簇制備：將若干個所述仿生浸潤性梯度錐形電極（1）緊密排列成簇狀形成所述氣泡輸送區（2），得到所述仿生浸潤性梯度錐簇電極。

7.根據權利要求6所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：包括如下步驟：

步驟S2包括以下步驟：

S21、浸入：將所述疏水錐形仿生電極的所述錐形部豎直向下浸入含有納米二氧化硅粒子的所述超疏水溶液中，使所述錐形部表面形成液膜后取出；

S22、干燥：將附著所述液膜的所述浸潤性梯度金屬錐水平放置進行干燥，通過調節所述超疏水溶液中納米二氧化硅粒子的濃度、所述溶劑的種類和溶劑的揮發時間，使納米二氧化硅粒子的厚度從所述過渡區（123）向所述超疏水區（122）逐漸增加、使所述疏水區（121）裸露，實現納米粒子在銅錐表面的自組裝，得到所述仿生浸潤性梯度錐形電極（1）。

8.根據權利要求7所述的一種仿生浸潤性梯度錐簇電極，其特征在于：

步驟S1中，所述十二烷基硫醇的乙醇溶液濃度為1 mmol/L～ 20 mmol/L；

步驟S21中，所述超疏水溶液中納米二氧化硅粒子的濃度為1% ～ 5%、所述溶劑為正己烷或二氯甲烷或氯仿或四氯化碳；

步驟S22中，所述溶劑的揮發時間為30 s ～ 3 min。