[发明专利]膜电极组件及其在电化学反应制备乙醛酸中的应用

权利要求书

1.一种由草酸通过电化学反应制备乙醛酸的方法，其特征在于，所述电化学反应在电解槽中进行，且以单电池作为所述电解槽；所述单电池中设有膜电极组件，所述膜电极组件的制备方法包括如下步骤：

1)将阴极催化层墨水和阳极催化层墨水分别喷涂在聚合物电解质膜I相对的两侧表面，从而在所述聚合物电解质膜上形成阴极催化剂层和阳极催化剂层，得到膜电极预制件；其中，所述阴极催化层墨水中含有掺杂氮的碳化硅纳米管材料；

2)在膜电极预制件的阴极催化剂层上设置阴极扩散层，在膜电极预制件的阳极催化剂层上设置阳极扩散层；

通过热压将所述膜电极预制件热压于所述阴极扩散层和所述阳极扩散层之间，且所述阴极催化剂层与所述阴极扩散层相邻，所述阳极催化剂层与所述阳极扩散层相邻；在所述热压过程中施加直流电，获得所述膜电极组件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述掺杂氮的碳化硅纳米管材料采用包括如下步骤的方法制得：

a)将石墨片放入含有氮源的溶液中浸泡；

b)将经步骤a)浸泡后的石墨片置于反应炉中，在氢气和甲基三氯硅烷的气氛中进行裂解反应；

c)将步骤b)裂解所得的产物放入硝酸溶液中浸泡，之后分离得到沉淀，从而获得所述掺杂氮的碳化硅纳米管材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤a)中，所述氮源为蛋氨酸和/或吡啶；和/或

步骤b)中，所述氢气和甲基三氯硅烷的摩尔比例为(3-5)：(10-20)；和/或

步骤c)中，所述硝酸溶液为质量浓度10-30％的硝酸水溶液。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a)中，所述含有氮源的溶液为摩尔比(10-30)：(35-45)：(60-80)：(1000-1500)的二茂铁、氮源、噻吩和异丙醇的混合溶液；步骤a)所述浸泡为在40-50℃条件下浸泡4-6h；

步骤b)中，所述裂解反应在800-1200℃下进行，裂解反应时间为1-2h；

步骤c)中，所述浸泡的时间为30-60min。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述阴极催化层墨水为阴极催化剂、溶剂、掺杂氮的碳化硅纳米管材料和聚合物树脂II混合分散而成，所述阴极催化剂、溶剂、掺杂氮的碳化硅纳米管材料和聚合物树脂II的质量比例为(7-8):(65-85):(0.1-0.5):(9-10)；和/或

步骤1)中，所述阳极催化层墨水为阳极催化剂、溶剂和聚合物树脂III混合分散而成，所述阳极催化剂、溶剂和聚合物树脂III的质量比例为(7-8):(65-85):(9-10)；和/或

所述阴极催化层墨水和所述阳极催化层墨水中的所述溶剂均为异丙醇和/或乙二醇。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述阴极催化剂为纳米银催化剂和纳米铅催化剂组合而成，二者质量比例为1:4-1:10；

所述阳极催化剂为碳载铂催化剂。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述阴极催化剂在所述聚合物电解质膜I上的担载量为50-100mg/cm²，所述阳极催化剂在所述聚合物电解质膜I上的担载量为20-40mg/cm²。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述阴极扩散层和所述阳极扩散层均为碳纸；和/或

所述聚合物电解质膜I选自全氟磺酸树脂膜和/或酸掺杂聚苯并咪唑膜；

所述聚合物树脂II和所述聚合物树脂III分别选自全氟磺酸树脂和/或酸掺杂聚苯并咪唑树脂。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述聚合物电解质膜I选自全氟磺酸树脂膜。