[发明专利]一种具有二级结构的多孔阵列电极及其制备方法和用途

说明书

本发明属于电解水技术领域，特别涉及一种具有二级结构的多孔阵列电极及其制备方法和用途。多孔阵列电极，包括：多孔导电基底；生长在所述多孔导电基底上的初级阵列结构；放射状生长在所述初级阵列结构的每个单元表面的片状、锥状、或尖刺状的次级纳米结构。本发明还公开了上述电极的制备方法和用途。本发明的多孔电极结构为首次得到，导电基底表面具有阵列化的二级结构，可以更加牢固的与导电基底结合，不易损坏脱落，还能够暴露更多的活性位点用于电化学反应，提高电化学反应效率，将其用作电解水析氢反应的阴极材料，可以得到更多纳米级氢气气泡。

技术领域

本发明属于电解水技术领域，特别涉及一种具有二级结构的多孔阵列电极及其制备方法和用途。

背景技术

氢气是自然界中最小、最简单的分子，随着科研人员的深入研究发现，氢气的选择性抗氧化作用对生命具有十分重要的意义。因此近年来，可以产生富氢水的富氢杯得到了极大的研究和开发应用，人们希望通过日常饮用含有纳米氢气泡的富氢水，清除体内多余的自由基，以此能够对衰老及多种慢性疾病有预防和治疗作用。但是大部分的富氢杯并不能有效提高富氢水的浓度，关键在于电解制氢的核心组件电极并不能有效的产生纳米气泡。

在实现本发明的过程中，发明人发现：在现有的研究中，李英杰等人([Li,Yingjie,Zhang,Haichuan,Xu,Tianhao,等.Under-Water Superaerophobic Pine-ShapedPt Nanoarray Electrode for Ultrahigh-Performance Hydrogen Evolution[J].Advanced Functional Materials,25(11):1737-1744，其学位论文为：新型纳米阵列电极的构建及其在气体参与的电催化反应中的应用[D]，李英杰，北京，北京化工大学，2017)通过在硝酸钾溶液中，以碳纸为对电极，通过电沉积法获得松枝状Pt纳米阵列(即初级结构为锥状，次级结构为锯齿状，见本专利图20和图21)可以有效的减小气泡脱离尺寸，但是其得到仍旧为微米级氢气气泡。

经过科学研究，纳米级别的氢气气泡可以较长时间稳定存在于水中。因此，优异的富氢杯往往需要能够稳定地产生大量纳米级气泡。故本发明能够在提高电催化析氢反应效率的基础上，形成可溶于水的纳米气泡，使富氢杯中的纳米氢气在短时间内达到更高的浓度，具有重大的生产应用意义。

为了解决上述问题，提出本发明。

发明内容

本发明第一方面提供一种具有二级结构的多孔阵列电极，其包括：

多孔导电基底；

生长在所述多孔导电基底上的初级阵列结构，所述初级阵列结构的每个单元形状为球形或椭球形的至少一部分；

放射状生长在所述初级阵列结构的每个单元表面的片状、锥状、或尖刺状的次级纳米结构。

所述次级纳米结构为锥状、或尖刺状时，其长度计为H1，所述初级阵列结构和次级纳米结构整体即初级结构和次级结构组成的每个单元的最大长度记为H2，H1≤1/2H2。

优选地，所述片状、锥状、或尖刺状的长度为50-800纳米，宽度为50-800纳米；所述片状的厚度为4-50纳米。

优选地，所述多孔导电基底表面具有刻蚀形成的粗糙结构。

优选地，所述多孔导电基底选自泡沫钛、钛网、钛毡、或钛片。

优选地，同一个多孔阵列电极上，相邻的所述次级纳米结构为锥状、或尖刺状时，顶端中心的间距的最大值大于80nm。相邻的所述次级纳米结构顶端中心的间距普遍(普遍即约一半以上)大于80nm。