[发明专利]一种平板式薄膜电催化工作电极及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电催化材料技术领域，公开了一种平板式薄膜电催化工作电极及其制备方法和应用。所述平板式薄膜电催化工作电极包括石英多晶晶片衬底和衬底上的催化活性材料层；所述催化活性材料层上预留至少一块反应区域，催化活性材料层上除反应区域之外的部分覆盖金集流体，金集流体外接导线。本发明的平板式薄膜电催化工作电极的反应面积和形状可以随意调控，在1～2V下的氧析出稳定性得到很大的改善，使用寿命长，耐久性好，应用前景良好。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种平板式薄膜电催化工作电极及其制备方法和应用。

背景技术

目前，新能源转换设备原料的选取中，氢气原料具有非常大的潜能。氢能设备的比能量高、安全性能好，而且因其在能量转换过程中完全没有污染产生，作为新能源转换设备具有广阔的发展前景。目前，氢气制备的最理想的方法是电解水。随着科技的进步及市场的不断发展，提升电解水的效率日益显得重要而迫切。因此一套完善的电解水设备是目前研究的重点，除了提升电极的催化活性来实现电解水的能量消耗之外，对现有电催化工作电极的改性与优化也是比较热门的研究方向之一，主要是通过提高体系电解水的有效催化效率与电解体系的稳定性。

目前发现的有效的析氧催化剂：(1)贵重金属氧化物，如IrO₂和RuO₂等；(2)具有金属掺杂的钙钛矿材料：Ca_1.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+α，La_0.7Sr_0.3CoO₃和PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+α等；(3)金属氧化物，如Co₃O₄和NiO等。由于贵金属，双钙钛矿材料与金属氧化物的催化活性强，制备相对简单，特别是金属氧化物，双钙钛矿材料还有催化寿命长，低毒和原料丰富等优点，是电解水首选的氧析出材料之一。

但是，在制备贵金属，金属氧化物和双钙钛矿材料催化氧析出电极的同时，氧析出工作电极的性能仍需要进一步提高，一方面原因是上述催化剂的电导率较低，一方面原因是工作电极的使用寿命，另一方面则是催化剂与工作电极的匹配性问题。常规的商用电解液为碱性，电解液自身同时也会促使电催化工作电极损坏，集流体破坏等恶性反应，从而影响催化剂的催化活性与工作电极的使用寿命。

常规的电催化工作电极是使用玻碳片作为负载活性材料衬底，但是这类工作电极平面易损坏，且平整或特殊形状的玻碳片价格昂贵；另外一类常用的电催化工作电极是使用碳布，碳纸，金属镍网等作为负载活性材料衬底，但是这类工作电极稳定性与机械强度较差。

因此开发一种制备工艺简单，稳定性好的平板式薄膜电催化工作电极迫在眉睫。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种平板式薄膜电催化工作电极。

本发明的另一目的在于提供上述平板式薄膜电催化工作电极的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述平板式薄膜电催化工作电极在电解水中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种平板式薄膜电催化工作电极，包括石英多晶晶片衬底和衬底上的催化活性材料层；所述催化活性材料层上预留至少一块反应区域，催化活性材料层上除反应区域之外的部分覆盖金集流体，金集流体外接导线。