[发明专利]一种溶解氧海水电池的亲水阴极及其制备和应用

权利要求书

1.一种溶解氧海水电池的亲水阴极，其特征在于：包括憎水导电基底材料、沉积于导电基底材料表面导电聚合物层和负载于导电聚合物层表面的催化剂-粘结剂复合胶体颗粒；所述催化剂-粘结剂复合胶体颗粒为亲水型粘结剂与催化剂纳米颗粒的复合材料；所述亲水阴极的催化层的水接触角小于80°。

2.如权利要求1所述溶解氧海水电池的亲水阴极，其特征在于：所述导电基底材料为导电碳粉包覆泡沫镍、钛网、钛合金网中的一种构成的复合材料，或为导电石墨、碳纸、碳毡、碳布、导电玻璃中的一种；

所述导电聚合物在电极基底材料表面的含量为1ug/cm²-100ug/cm²；所述催化剂复合胶体颗粒的载量为0.1-1mg/cm²。

3.如权利要求1所述溶解氧海水电池亲水阴极，其特征在于：所述催化剂复合胶体颗粒中，催化剂与亲水性粘结剂的质量比为10：1-7：3；所述催化剂为Pt、Pd、Ir、Ag、Cu、Au中的一种或两种以上的合金；所述亲水性粘结剂为Nafion，或Nafion与PTFE、PVDF、PBI中一种或两种以上的混合物，所述亲水性粘结剂中Nafion的质量含量大于50％。

4.如权利要求1所述溶解氧海水电池亲水阴极，其特征在于：导电聚合物为下述中的一种或二种以上，其为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚吲哚、聚咔唑中的一种，或聚吡咯衍生物、聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物、聚吲哚衍生物、聚咔唑衍生物中的一种，或聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚吲哚、聚咔唑、聚吡咯衍生物、聚苯胺衍生物、聚噻吩衍生物、聚吲哚衍生物、聚咔唑衍生物间两种以上的共聚物。

5.一种权利要求1-4任一所述溶解氧海水电池亲水阴极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)采用化学聚合法或电化学沉积法于导电基底表面制备导电聚合物层；

(2)采用化学还原沉积法制备催化剂复合胶体颗粒，所述化学还原沉积法为利用水溶性还原剂于金属前驱体盐溶液中还原制备催化剂胶体溶液，加入亲水性粘结剂并超声分散均匀，得催化剂-粘结剂复合胶体颗粒；

(3)采用喷涂的方法将步骤(2)所得催化剂-粘结剂复合胶体颗粒负载于步骤(1)所得导电聚合物表面。

6.如权利要求5所述溶解氧海水电池亲水阴极的制备方法，其特征在于：

步骤(1)所述化学聚合法为聚合物单体的溶液引入无机酸和氧化剂使之发生化学聚合反应；所述电化学沉积法为以添加有无机酸的聚合物单体溶液为电解质，导电基底为工作电极，Pt为对电极，饱和甘汞为参比电极，采用恒电流电解的模式于导电基底上原位电沉积导电聚合物层。

7.如权利要求6所述溶解氧海水电池亲水阴极的制备方法，其特征在于：

所述化学聚合法中，聚合物单体溶液的溶剂为甲醇、乙醇、水、乙二醇、异丙醇中的一种或两种以上的混合溶液，聚合物单体为吡咯、苯胺、噻吩、吲哚、咔唑中的一种或两种以上的混合物；聚合物单体浓度为0.001-1mol/L；所述无机酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述酸的浓度为0.5-5mol/L；所述氧化剂为过硫酸铵、氯化铁、过氧化氢、高锰酸钾中一种或两种以上的混合物；所述氧化剂与聚合物单体的物质的量比为0.5-2；所述反应温度为-10-30℃；所述反应时间为12-96小时；

所述电化学沉积法中，聚合物单体溶液的溶剂为水，聚合物单体为吡咯、苯胺、噻吩、吲哚、咔唑中的一种或两种以上的混合物；聚合物单体浓度为0.001-2mol/L；所述无机酸为盐酸、硫酸、高氯酸、硝酸中的一种或两种以上的混合酸；所述酸的浓度为0.5-5mol/L；所述电化学反应温度为-5-20℃；所述电化学聚合电流为0.01-10mA/cm²；所述电化学聚合时间为24-96小时。