[发明专利]一种PTFE中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法

说明书

本发明提供了PTFE中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将PTFE中空纤维微孔管置于氧气或其它反应性气体等离子体中进行等离子体处理，调控PTFE中空纤维微孔管的亲疏水性；步骤2，通过化学镀方法、热蒸镀方法或溶液涂布、抽滤的方法在等离子体处理后的PTFE中空纤维微孔管的内外表面构建导电层；步骤3，使用绝缘硅胶将构建完导电层的PTFE中空纤维微孔管的一端封闭，使气体通道固定到PTFE中空纤维微孔管的微孔上，并在空气中自然干燥，得到PTFE中空纤维微孔气体扩散电极。

技术领域

本发明属于气体扩散电极制备技术领域，具体涉及一种PTFE中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法。

背景技术

气体扩散电极是根据燃料电池原理使用疏水性的高分子材料特制的多孔膜结构电极，可使得大量气体到达电极内部，且与电极外侧的电解液相连通，进而在常压下形成稳定固—液—气三相界面，且表现出高催化活性。在气体扩散电极中，主要分为气体扩散层(疏水层)、集流体层(导流体层)和催化层(亲水层)。其中，气体扩散层一般具有透气憎水性，可以防止电解液在扩散层内迁移进而保证反应气体顺利到达催化层。集流体层主要作用是收集电子并起到导流的作用，同时还起到支撑的作用。催化层是催化反应的场所，从气体扩散层输送过来的气体在这一层中与该层中的催化剂、电解液一起形成电化学反应活化点。

目前，随着科学研究的不断深入，气体扩散电极在电化学催化领域所展现出提升催化剂的转化效率和稳定性的作用越来越突出。近年来，科研工作者通过实验涉及构建不同类型的气体扩散电极，并在催化CO₂还原，O₂还原等新能源领域等得到极大的认可(EdwardH.Sargent，Science，360,783(2018)；Wenbo Ju，Advanced Energy Materials，9，1901514(2019)；Yi Cui,Nature Catalysis,1,592(2018))。但是这些方法气体扩散电极往往是需要借助于静电纺丝技术或者特殊加工构建PTFE或者PVDF平面结构，制备工艺复杂，成本高。且制备的气体扩散电极只具备平面堆垛型结构。此外，这类气体扩散电极尺寸较大，气体浓度的调控范围小，且调控方法单一。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种PTFE中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法。

本发明提供了PTFE中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，将PTFE中空纤维微孔管置于氧气或其它反应性气体等离子体中进行等离子体处理，调控PTFE中空纤维微孔管的亲疏水性；步骤2，通过化学镀方法、热蒸镀方法或溶液涂布、抽滤的方法在等离子体处理后的PTFE中空纤维微孔管的内外表面构建导电层；步骤3，使用绝缘硅胶将构建完导电层的PTFE中空纤维微孔管的一端封闭，使气体通道固定到PTFE中空纤维微孔管的微孔上，并在空气中自然干燥，得到PTFE中空纤维微孔气体扩散电极，其中，化学镀方法将PTFE中空纤维微孔管置于化学镀溶液中，分别在PTFE中空纤维微孔管的内外表面沉积导电金属，热蒸镀方法将等离子体处理后的PTFE中空纤维微孔管固定到导热圆盘基底上，然后置于热蒸镀仪腔体中，抽真空后，分别在PTFE中空纤维微孔管的内外表面蒸镀导电金属，溶液涂布、抽滤的方法将催化剂溶液缓慢均匀地涂布在等离子体处理后的PTFE中空纤维微孔管的外表面，自然干燥完全后再依次均匀涂布炭黑溶液和石墨溶液，构建具备电催化和气体扩散双重性质的功能层，再通过抽滤将催化剂溶液缓慢均匀地涂布在等离子体处理后的PTFE中空纤维微孔管的内表面，自然干燥完全后再依次均匀涂布炭黑溶液和石墨溶液。

在本发明提供的PTFE中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中的PTFE中空纤维微孔管的孔径为0.01～5μm，进行等离子体处理时的等离子体功率为5～100W，处理时长为1～60min。

在本发明提供的PTFE中空纤维微孔气体扩散电极的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，化学镀方法中的化学镀溶液的浓度为0.1～5mol/L，反应温度为30～90℃，反应时长为1～60min。