[发明专利]一种一体式氧还原产双氧水阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种一体式氧还原产双氧水阴极及其制备方法，该方法将聚偏氟乙烯溶于N‑N二甲基甲酰胺并与导电剂共混后，可涂覆于导电石墨纸上，经过高温碳化可直接获得一体式电极，可避免传统电极制备时使用粘结剂从而降低材料电催化性能的不足。本发明制备方法简单易行，便于规模化生产，更好地推进氧还原产双氧水的实际应用。

技术领域

本发明涉及氧还原阴极材料领域技术领域，具体说是一种一体式氧还原产双氧水阴极及其制备方法。

背景技术

双氧水是作为强氧化试剂和消毒剂，在废水治理、给水消毒和深度处理中广泛应用。工业生产双氧水的方法主要分为蒽醌法、电解法、异丙醇法，目前主要以蒽醌法为主要生产方法。但是双氧水存在不宜储藏、难运输等缺点，增加了双氧水的应用成本。氧还原阴极反应可原位电化学制备双氧水，解决了上述缺点，可直接应用于水处理过程中。目前，工程中用到的氧还原阴极材料主要有石墨、碳黑、石墨毡和活性碳纤维等碳材料，但其电流效率不高且双氧水产率低。因此，寻求适用于水处理的高效氧还原碳基阴极材料尤其重要。

在氧还原反应中，具有高比表面积的杂原子掺杂的等级多孔材料有利于电产双氧水的进行。其中，高比表面积可以提供丰富的催化位点，等级多孔结构有利于加强反应过程中的物质扩散，杂原子(F、N、S等)掺杂可以改善材料电化学性能、提高催化能力。目前，为了提高碳基材料的电催化性能，需要借助KOH、CO₂等活化手段提高比表面积，但是得到的碳材料孔道较为单一，同时掺杂的杂原子含量会显著降低。引入模板剂是调节碳材料孔道结构的有效手段，然而比表面积的调控和杂原子掺杂很难同步完成。因此，若能使得碳基阴极材料集高比表面积、等级多孔结构和杂原子掺杂于一体，产双氧水性能将会得到进一步提升。

此外，传统的电极制备方法是通过使用高分子粘结剂将粉末材料涂覆于集流体表面。此类方法不仅制备步骤繁琐，更重要的是，粘结剂的使用会包覆电极材料、堵塞内部孔道，从而降低材料的传质能力并减少催化位点。如能制备出无粘结剂的一体式氧还原阴极将会大大提升氧还原产双氧水。虽然石墨毡和活性碳纤维已作为一体式电极应用于氧还原产双氧水，但是研究者们往往还是需要繁冗的改性手段以改善电催化性能，进而提高其在水处理中的实用性。因此，发明一种简单高效、易于工业化放大的一体式电极制备新方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种一体式氧还原产双氧水阴极的制备方法。

本发明的另一目的是提供一体式氧还原产双氧水阴极。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种一体式氧还原产双氧水阴极的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤1、将聚偏氟乙烯粉末与乙炔黑粉末加入到N-N二甲基甲酰胺溶剂中，在60-80℃温度下搅拌至少4小时，得到共混液；

步骤2、将石墨纸在共混液中进行浸没-提拉操作数次，然后将石墨纸放入水中进行浸泡，取出后进行烘干；

步骤3、将步骤2得到的烘干石墨纸在惰性气氛下及800-1000℃高温下恒温处理2-4小时，进行高温碳化，得到一体式氧还原产双氧水阴极。

本发明进一步的设计方案中，步骤1中聚偏氟乙烯粉末、乙炔黑粉末和N-N二甲基甲酰胺的质量比为1:0.1:10。

本发明进一步的设计方案中，步骤1中共混液搅拌温度为70℃，步骤3中高温碳化温度为900℃，高温碳化时间为3小时。

一体式氧还原产双氧水阴极的制备方法制得的一体式氧还原产双氧水阴极。

本发明具有以下突出的有益效果：