[发明专利]一种氧化钴气体扩散电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体扩散电极技术领域，特别是涉及一种以氧化钴为催化剂的气体扩散电极的制备方法。

背景技术

气体扩散电极是一种可以让气体自由通过，同时能够阻止电解液渗出的特种电极，它主要用于制备气体传感器、气敏电极、燃料电池、空气电池、电解槽等电化学装置。

目前文献涉及的气体扩散电极普遍采用金属电极，如：铂、钯、金、铑、钌、铱、银、铜、镍，以及它们的合金等。这些金属材料既是导电材料，同时也常常是电化学反应的催化剂。气体扩散电极中使用化合物催化剂的情况较少，这主要是因为大部分化合物材料导电性达不到金属的水平，甚至完全绝缘，因此电化学反应不能在这种材料上持续进行，或不能高速进行。但是有些电化学化学反应必须使用一些特有的催化剂体系，当这个催化体系使用的催化剂是导电性较差的材料，或者是绝缘材料时，这样的催化电极不易制备。

氧化钴是一种重要的氧化物催化剂，在电化学中可以用作氨、醇、醛的电催化氧化反应、硝酸根、可溶性含羰基化合物的电催化还原反应的催化剂。但是由于没有足够的导电性，电极必须与其它惰性的导电材料混合在一起。尽管这样，电极的催化效率仍然很低，不能满足大电流放电的基本要求，例如：用这种材料制备的电化学器件能够接受的氨气浓度范围非常小，通常只有在体积分数0-500×10^-6左右，氧化钴是一种半导体材料，导电性不好，只有氧化钴和惰性电极表面相接触的狭小范围内，电化学反应才能顺利进行，效率很低。

为解决这一问题，专利EP1600768A1在电化学反应池中使用含有二价钴离子(Co²⁺)盐溶液的电解液代替直接使用金属氧化物电极，催化效率有所提高，但是这种方法存在以下几个问题：首先，相关的电化学反应体系必须允许使用钴离子，其次，这样的电化学反应器必须保持中性和酸性，否则将会发生钴的氢氧化物沉淀反应。当这样的电极与氨相接触时，如果氨的浓度较高，如体积分数0.01，或者电极与氨长期接触，钴离子与氨接触将发生沉淀反应，钴的氢氧化物沉淀将阻塞气体扩散电极的微孔，同时破坏电化池中的离子平衡，使电化学器件性能下降。

专利US5344546利用电化学沉积法将钴的氧化物沉积到惰性电极的表面，性能比较稳定。这一方法在一定范围内提高了氧化钴电极的有效面积，但是，这种方法制备氧化钴电极存在下面几个问题：

首先，难以制备均匀一致的催化电极，这是因为电化学沉积氧化钴，氧化物总是从电极表面某些位置首先开始沉积，沉积到一定厚度后才逐渐向其它部位扩散，这使得电极表面总有些位置沉积不上氧化钴；而另一些位置氧化钴的厚度很高，阻塞气体扩散电极上的孔道，严重时氧化钴将部分脱落。电极表面不均匀将造成副反应发生，产生电极的信号噪音。

其次，沉积反应极难控制，在酸性和中性电解液中，上述沉积反应不发生，只有在微碱性的条件下才发生上述沉积反应，随着沉积反应的发生，必须不断向电解液中补充碱液，以维持合适的pH值；碱液的加入不易控制，稍一过量，就会生成氢氧化物沉淀。

发明内容

本发明的目的是：提供一种氧化钴气体扩散电极的制备方法，该方法制备的氧化钴气体扩散电极，其氧化钴层均匀一致，且效率高。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种氧化钴气体扩散电极的制备方法，以氧化钴为催化剂；其是：

A)在疏水透气的多孔聚合物薄膜表面溅射金属材料制备一层惰性电极；

B)再在惰性电极的表面利用溅射法沉积制备一层金属钴；

C)再用阳极氧化法将金属钴层氧化成所需要的氧化钴层，即得到成品：具有均匀高催化活性的氧化钴电极。

所述的制备方法，其所述步骤A)中的疏水透气的多孔聚合物薄膜，是由高分子材料制备的，具有空隙的多孔薄膜，表面保持疏水特性；高分子材料上的孔隙贯穿薄膜，气体可以从膜的一侧扩散到膜的另一侧；溅射在疏水透气的多孔聚合物薄膜表面上的金属材料分布在聚合物材料的骨架结构上，使得电极保持多孔结构。

所述的制备方法，其所述高分子材料，是聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚醚砜、硅橡胶、乙丙橡胶或乙丙共聚物其中之一。

所述的制备方法，其所述惰性电极的金属材料为铂、金、钯、钌、铱、锇、石墨、玻璃碳、钨、钨碳复合材料、碳化硅或碳化钼其中之一的具化学惰性导电材料。