[發明專利]微米陣列電極結構、制備方法及其用途

在審

• 申請號: 202111230226.7
• 申請日: 2021-10-21
• 公開（公告）號: CN114134528A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 劉釋元;張策;姚偉;王兆龍;馮德強
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: C25B11/02
• 分類號: C25B11/02;C25B11/052;C25B11/075;C25B11/081;C25B11/089;C25B3/26
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 王獻茹

本申請涉及二氧化碳催化還原技術領域，特別涉及一種微米陣列電極結構、制備方法及其用途，微米陣列電極結構包括：基底，所述基底具有承載面；形成于所述基底的承載面的多個呈陣列分布的微米結構電極，每一個所述微米結構電極的橫截面外切圓的直徑為30μm?1000μm；每一個所述微米結構電極的表面具有催化劑涂層。上述微米陣列電極結構中，基底的承載面上設有的微米結構電極，陣列分布的微米結構電極能夠有效的調控微米結構電極表面的親疏性能，具有優異的疏水性能，并且，微米結構電極的表面形成的氣泡直徑普遍偏小，氣泡的吸附數量偏低，微米結構電極能夠有效調控電極表面的氣泡脫離情況，進而能夠提高二氧化碳催化還原時二氧化碳的還原性能。

技術領域

本申請涉及二氧化碳催化還原技術領域，特別涉及微米陣列電極結構、制 備方法及其用途。

背景技術

隨著經濟飛速發展人口迅速增多，全球對能源的需求持續增長，大量化石 燃料的使用導致大氣中的二氧化碳濃度快速升高，因此，解決由二氧化碳排放 帶來的氣候與環境問題已經是擺在人類面前亟待解決的全球性重大問題之一， 其中，二氧化碳資源捕集回收再利用稱為現在能源、環境領域最為熱門的研究 方向。

二氧化碳催化還原作為重要的物質能源轉化儲存技術，主要以催化反應為 主，研發具有高選擇性的催化電極是二氧化碳還原技術發展的關鍵因素之一。 由于一般二氧化碳還原催化劑具有親水特性，并且長時間反應后電極中的疏水 涂層逐漸失效，導致陽極電解液通過離子交換膜滲透到陰極側，不斷積累造成 電極處于電解液浸泡狀態，限制了二氧化碳氣體溶解擴散到催化劑表面，導致 電極失效的“水淹”現象，導致二氧化碳還原性能下降，產氫等副反應增大。

綜上可知，如何提供一種微米陣列電極結構及其制備方法來提高電化學二 氧化碳還原性能是本領域技術人員亟需解決的技術問題之一。

發明內容

本申請提供了一種微米陣列電極結構及其制備方法，該微米陣列電極結構 應用于二氧化碳催化還原技術領域，能夠提高二氧化碳催化還原時二氧化碳的 還原性能。

為了達到上述目的：

第一方面，本申請提供了一種微米陣列電極結構，應用于二氧化碳催化還 原裝置，該微米陣列電極結構包括：

基底，所述基底具有承載面；

形成于所述基底的承載面的多個呈陣列分布的微米結構電極，每一個所述 微米結構電極的橫截面外切圓的直徑為30μm-1000μm；

每一個所述微米結構電極的表面具有催化劑涂層。

上述微米陣列電極結構中，基底的承載面上設有的微米結構電極，陣列分 布的微米結構電極能夠有效的調控微米結構電極表面的親疏性能，具有優異的 疏水性能，并且，微米結構電極的表面形成的氣泡直徑普遍偏小，氣泡的吸附 數量偏低，微米結構電極能夠有效調控電極表面的氣泡脫離情況。此外，通過 親疏水特性調控，可以有效抑制氣泡生長、促進產物氣體快速脫離電極表面， 并降低氣固直接接觸形成的界面電阻。同時，較快的氣液交換速度能提高催化 電極表面二氧化碳溶解度，抑制因溶解度下降造成的濃差極化，進而能夠提高 電化學二氧化碳還原性能。

優選地，陣列分布的多個所述微米結構電極包括下述結構中的至少一種：

橫截面為圓形的微米結構電極；

橫截面為多邊形的微米結構電極。

優選地，所述多邊形包括三角形、四邊形、五邊形和六邊形。

優選地，所述微米結構電極沿垂直于所述承載面方向的尺寸為10μm- 1000μm。

優選地，所述基底沿垂直于所述承載面方向的厚度為1000μm-3000μm。

優選地，所述催化劑涂層為銅、銀、鉑、金或其合金涂層。