[發(fā)明專利]電化學氣體傳感器電極的制備方法及電化學氣體傳感器在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110820112.1 | 申請日： | 2021-07-20 |
| 公開（公告）號： | CN113552194A | 公開（公告）日： | 2021-10-26 |
| 發(fā)明（設計）人： | 靳亞龍;穆慶輝;吳勐 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海松柏傳感技術(shù)有限公司 |
| 主分類號： | G01N27/30 | 分類號： | G01N27/30;G01N27/416 |
| 代理公司： | 鄭州晟佳專利代理事務所(普通合伙) 41205 | 代理人： | 張心龍 |
| 地址： | 201808 上海市嘉*** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 電化學 氣體 傳感器 電極 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及電化學傳感器電極的制備方法及電化學傳感器。電化學氣體傳感器，包括工作電極、對電極和參比電極，三個電極中至少對電極和參比電極由以下方法制備，制備方法包括以下步驟：1)將鉑黑和納米二氧化鈰混合，二者質(zhì)量比為4:1；2)加入去離子水和粘結(jié)劑，攪拌均勻后形成電極漿料；3)將電極漿料印刷在防水透氣膜上，200℃處理30min，形成電極。在電化學氣體傳感器的電極中加入二氧化鈰，能夠在其所在缺氧條件下釋放氧，而在富氧條件下存儲氧。而且具備卓越的對析氧反應的催化活性，可以降低對電極中貴金屬催化劑的使用。在一些難以被氧化的氣體的電化學傳感器上使用，不僅可以大大降低響應/恢復時間，還可以降低貴金屬催化劑的使用。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電化學傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電化學傳感器電極的制備方法及電化學傳感器。
背景技術(shù)
用于檢測氧化性氣體(如二氧化氮)或還原性氣體(如一氧化碳)的電化學氣體傳感器，通常具有一個工作電極、一個參比電極、一個對電極，以及一個允許氣體擴散進入工作電極的入口。上述三個電極均與電解質(zhì)接觸，目標檢測氣體在工作電極處被氧化或還原，所產(chǎn)生的離子通過電解質(zhì)擴散到對電極，并在此處被還原或者氧化。氧化或還原反應所產(chǎn)生或消耗的電子在外電路形成電流，此電流和目標檢測氣體的濃度成比例。通過測量電流的強度，可以最終測定目標氣體在混合氣體中的濃度。參比電極沒有電流流過，并通過與外界恒電位器連接而產(chǎn)生恒定的電位以穩(wěn)定工作電極的電位，以防止傳感器的信號漂移。
如果使用電化學傳感器通過把目標氣體氧化以對其進行探測(如一氧化碳)，則在對電極不可避免地需要氧氣參與發(fā)生還原反應(ORR)，以消耗在工作電極產(chǎn)生、通過外電路傳導過來的電子而產(chǎn)生電流。因此，特別重要的是，此種電化學傳感器在檢測目標氣體時的工作環(huán)境氣氛中須有氧氣存在，以滿足對電極對氧氣的消耗。如果環(huán)境氣氛中沒有氧氣，傳感器則會在對電極消耗完電解液中溶解的少量氧氣后，因還原半反應無法完成而導致問題。大多數(shù)的此類傳感器在其工作時，周圍環(huán)境氣氛中都有氧氣存在。然而，目前已然存在、并且越來越多的應用場景需要檢測此類目標氣體，卻因場景須是無氧條件而導致電化學氣體傳感器無法使用。
如果使用電化學傳感器通過把目標氣體還原以對其進行探測(如二氧化氮)，則在對電極將發(fā)生水的氧化反應而析出氧氣，以提供電子給工作電極在還原目標氣體時消耗。然而，氧析出反應(OER)的反應機制涉及多個電子轉(zhuǎn)移過程，動力學緩慢，這便對對電極在此反應上的催化性能提出了較高的要求。目前，多采用碳負載鉑、釕、銥等貴金屬作為對電極的催化劑材料，成本較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電化學氣體傳感器電極的制備方法，一方面能夠在對還原性氣體(如一氧化碳)具有探測需求的無氧環(huán)境下工作，另一方面能夠在不降低甚至提高對電極對氧析出反應的催化性能的前提下降低貴金屬的使用量，從而降低傳感器成本；同時，本發(fā)明的目的還在于提供一種使用上述電極的電化學氣體傳感器。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電化學氣體傳感器電極的制備方法采用如下技術(shù)方案：電化學氣體傳感器電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)將鉑黑和納米二氧化鈰混合，二者質(zhì)量比為4:1；
2)加入去離子水和粘結(jié)劑，攪拌均勻后形成電極漿料；
3)將電極漿料印刷在防水透氣膜上，200℃處理30min，形成鉑黑-二氧化鈰復合電極。
在步驟1)中加入碳黑，鉑黑、納米二氧化鈰和碳黑三者的質(zhì)量比為4:1:6。
步驟2)中粘結(jié)劑采用超疏水性粘結(jié)劑，粘結(jié)劑包括氟聚合物樹脂乳液、全氟離子交換溶液二者其中的一種、或者二者的混合物，且電極漿料中粘結(jié)劑與步驟1)中混合粉末的質(zhì)量比為8:1-10:1。
本發(fā)明的電化學氣體傳感器采用如下技術(shù)方案：電化學氣體傳感器，包括工作電極、對電極和參比電極，三個電極中至少對電極和參比電極由以下方法制備，制備方法包括以下步驟：
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