The invention belongs to the technical field of electrochemical catalytic electrode, in particular to a non-metallic matrix catalytic electrode and a preparation method thereof. The catalytic electrode of the invention is composed of a conductive catalyst covering a non-metallic matrix, wherein the non-metallic matrix is selected from sponge, paper, wood, fiber, plastics and cloth, the catalyst adopts metal boride, metal phosphorus compound or metal Phosphorus-Boron compound, the metal content of the catalyst is 60_95%, the boron content is 3_20%, and the phosphorus content is 3_20%. The load of the conductive catalyst is 0.5 10%. The non-metallic substrate is pretreated, immersed in an electroless plating solution, and the conductive catalyst is deposited on the surface of the substrate by an electroless plating method, and the catalytic electrode is prepared. The preparation method has low requirement for equipment, mild reaction condition and simple process. The prepared catalytic electrode has the advantages of low cost, compact electrocatalytic functional membrane, strong adhesion with the substrate, high catalytic activity and good cycling stability. It has practical value in the fields of water electrolysis, chlor-alkali chemical industry, sewage treatment and so on.
【技术实现步骤摘要】
非金属基体高效催化电极及其制备方法
本专利技术属于电化学催化电极
,具体涉及一种非金属基体催化电极及其制备方法。
技术介绍
催化电极是电化学反应装置中的核心部件,在水电解、氯碱化工、污水处理、海水淡化等领域均有应用。但是在实际的生产制备过程中,所用电极存在着催化剂性能较低、能耗较大、电极成本较高的问题。因此,研制具有过电位低、持久、稳定、成本低的催化电极具有重要的实际意义。现阶段,在水电解制氢技术需求的推动下,催化电极的开发受到了极大的关注。实际生产中,评价电解水制氢技术发展水平的关键依据是单位电耗,目前较高的电耗是制约氢能被广泛应用的瓶颈。理论上,提供1.229V的电压就可以使水分解为氢气和氧气,根据法拉第定律,制取标准体积(1m3)的氢气的用电量为2.94kWh,而在实际生产过程中,消耗的电量为理论的2倍。产生电能损耗的主要有水的理论分解电压Ed、总的欧姆电压∑IR、析氧过电位ηa以及析氢过电位ηb四部分。温度等条件一定,理论电压Ed为一定值;电解过程中,增大电解槽的压力、缩短电极间距、搅拌等措施对于降低总的欧姆电压效果不明显;析氢过电位与析氧过电位之和约占槽电压的1/3,目前用于降低工业生产析氧过电位的电极材料为铁镀镍材料,或是直接用镍基材料,但此催化材料存在效率较低、成本相对较高以及稳定性差等缺点;目前工业中用于析氢的电极材料为效率较低的低碳钢或是镀镍的钢板,效率仅为50%,能量损失巨大。因此,制备低成本、高性能、同时有效降低析氢、析氧过电位的电极材料为当前工业生产的迫切需要。目前,用于电解水的电极催化材料主要分为3类:一是贵金属的铂(Pt) ...
【技术保护点】
1.一种非金属基体催化电极,其特征在于,由导电催化剂覆盖非金属基体而构成;其中,非金属基体选自海绵、纸、木材、纤维、塑料、布;催化剂采用金属硼化物、金属磷化合物或金属磷硼化合物;按质量计,催化剂中金属含量60‑95%,硼含量3‑20%,磷含量3‑20%,三者总量满足100%;导电催化剂负载量为0.5‑10%。
【技术特征摘要】
1.一种非金属基体催化电极,其特征在于,由导电催化剂覆盖非金属基体而构成;其中,非金属基体选自海绵、纸、木材、纤维、塑料、布;催化剂采用金属硼化物、金属磷化合物或金属磷硼化合物;按质量计,催化剂中金属含量60-95%,硼含量3-20%,磷含量3-20%,三者总量满足100%;导电催化剂负载量为0.5-10%。2.一种如权利要求1所述的非金属基体催化电极的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:(1)非金属基体预处理:将非金属基体在溶剂中浸泡、超声清洗,除去表面污渍;再对非金属基体表面进行活化处理,获得具有活化表面的非金属基体;活化处理方式:将非金属基体表面负载导电聚合物、金属进行活化,或者对非金属基体进行表面碳化处理进行活化;(2)镀液配制:将催化剂前驱体、还原剂、络合剂、缓冲剂及水混合,制得镀液;(3)化学镀:将步骤(1)制得的活化基体浸入步骤(2)制得的镀液中,进行反应,反应结束后取出基体,用去离子水冲洗,干燥,获得非金属基体催化电极。3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,非金属基体预处理用的清洗溶剂为水、乙醇、丙酮或汽油,浸泡时间为2-24h,浸泡温度低于45℃。4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,非金属基体表面活化负载的导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一种或几种...
【专利技术属性】
技术研发人员:郭艳辉,郝伟举,张瑞琦,吴仁兵,
申请(专利权)人:复旦大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
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