[发明专利]一种气体扩散阴极及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种气体扩散阴极，其特征在于：包括集电层(1)，所述集电层(1)的一侧依次设有碳层(2)、粘接剂层(3)、防水透气膜层(4)，所述集电层(1)的另一侧设有催化层(5)；

所述催化层(5)选自贵金属催化剂时，所述碳层(2)的原料包括活性炭和碳黑；所述贵金属催化剂选自铂炭催化剂；

所述催化层(5)选自非贵金属催化剂时，所述碳层(2)的原料包括活性炭和非贵金属催化剂；

按质量计，所述碳层(2)中活性炭与碳黑的质量比为1-3：1，所述碳层(2)中活性炭与非贵金属催化剂的质量比为1-3：1，所述非贵金属催化剂选自碳黑、氮/碳掺杂碳材料、金属/氮/碳掺杂碳材料中的至少一种；

所述碳层的制备方法为：将粉末活性炭和碳黑以3:1的质量比加入到异丙醇溶剂中，两种碳粉总负载量为4mg/cm²，异丙醇用量为40μL/mg碳粉，超声混合均匀后，再加入10wt％PTFE水溶液和5wt％Nafion水溶液，加入量均为8μL/mg碳粉，再次超声混合均匀后，均匀涂抹在金属网上，自然干燥；

所述粘接剂层(3)的原料包括5wt％Nafion水溶液和60wt％PTFE水溶液，所述5wt％Nafion水溶液与60wt％PTFE水溶液的体积比为1：8-15；

所述防水透气膜层(4)选自聚四氟乙烯防水透气膜、聚乙烯高分子防水透气膜中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的气体扩散阴极，其特征在于，所述集电层(1)选自金属网，所述金属网选自钛网、镍网、不锈钢网中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述气体扩散阴极在电化学测试、传感器、微生物燃料电池、产过氧化氢、电芬顿中的应用。

4.权利要求1或2所述气体扩散阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供集电层，在所述集电层的一侧负载碳层；

2)在所述碳层上负载粘接剂层；

3)在所述粘接剂层上负载防水透气膜层；

4)在所述集电层的另一侧负载催化层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，将Nafion水溶液和PTFE水溶液均匀混合，形成粘接剂，将所述粘接剂涂抹至所述碳层，形成粘接剂层。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，在所述碳层上负载所述粘接剂层后，将防水透气膜贴在粘接剂层上，均匀压实，进行第一次烘干，再使用压片机，常压下压实，之后再进行第二次烘干，第一次加热烘干时，在60-90℃下保持0.5-1h，第二次加热烘干时，在120-140℃下保持5-8h。

7.一种双气室实验装置，其特征在于，包括本体(11)，所述本体(11)的腔室内设有待测材料(10)，所述待测材料(10)将所述本体(11)的腔室分隔成进气室(121)、出气室(122)，所述进气室(121)连接有进气通道(13)，所述出气室(122)连接有第一出气通道(14)，所述待测材料(10)选自权利要求1-5任意一项所述气体扩散阴极，还包括如下技术特征中的至少一种：

所述进气通道(13)外接有用于向所述进气室(121)输入气体的高压气瓶(21)；

所述进气通道(13)与所述高压气瓶(21)之间的管道上还设有干燥剂容纳室(19)，用于对即将进入进气通道(13)的气体进行干燥；

所述干燥剂容纳室(19)与所述高压气瓶(21)之间的管道上设有减压阀(20)，用于对高压气瓶(21)输出的气体进行减压处理；

所述进气通道(13)与所述干燥剂容纳室(19)之间的管道上设有压力计(18)，用于测量进气压力；

所述第一出气通道(14)外接有至少一个流量计(22)，用于测量出气的气体流量；

所述流量计(22)的数量为2个或多个时，各流量计(22)并联设置；

所述流量计(22)的数量为2个或多个时，各流量计(22)所在的管道上设有第二截止阀(23)；所述进气室(121)还设有第二出气通道(15)；

所述第二出气通道(15)外接有流量控制计(17)；

所述流量控制计(17)所在的管路上还有第一截止阀(16)。