一种气固相电催化电极及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种气固相电催化电极及其制备方法和用途。所述气固相电催化电极包括依次层叠设置的导电基底、阳极氧化活性层和亲水基固体电解质层。本发明专利技术提供的气固相电催化电极，经过用亲水基固体电解质进行修饰，在气固相反应中的电子转移速率加快、水的活化能力显著提升，对室内污染物的均表现出了良好的催化氧化能力，且制备方法简单，操作简便易实现自动化。动化。

【技术实现步骤摘要】
一种气固相电催化电极及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于电催化
，涉及一种气固相电催化电极及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]人的一生有80％的时间都在室内度过，随着城市化的进程不断加快，人们对室内空气质量的要求不断提高，也对室内空气净化技术提出了新的要求。甲醛、VOCs等室内污染物不仅具有强刺激性和毒性，还具有三致效应，对人体健康危害巨大。负载贵金属催化剂在室温下可以有效降解甲醛，但是价格昂贵、实际大规模应用难度大。苯系物等因为结构稳定无法实现室温降解。因此亟待需要开发出可以室温、具有广谱性降解室内污染物的催化剂。电催化氧化法因为具有处理效率高、操作简便易实现自动化等特点，成为一种十分有前景的技术。
[0003]CN100450610C公开了一种负载型锰铈氧化物催化剂，其活性组分为银、金或铂；锰铈复合氧化物中Mn/Ce的摩尔比为1.0，活性组分的担载量为锰铈氧化物重量的0.1～5％。制备方法主要步骤是：将锰铈复合氧化物粉末悬浮于水溶液中，搅拌下加入可溶性银、金或铂的溶液，制成银、金或铂的锰铈氧化物粉末悬浮液；在步骤d的浮液中分别加入KOH或K2CO3溶液，使pH值等于9～10，沉淀、过滤；将步骤e得到的沉淀物经80～120℃干燥，300～500℃焙烧2～10小时，得目标产物。
[0004]CN101380574A公开了一种用于室温条件下催化完全氧化低浓度甲醛的高选择性催化剂。催化剂在室温条件下就可以将甲醛完全催化转化为二氧化碳和水，并且在相当长的时间范围内甲醛转化率保持在100％，不需要如光源、加热炉等复杂的附属设备和外在条件。催化剂由多孔性无机氧化物载体、贵金属组分和助剂组分三部分组成。多孔性无机氧化物载体是二氧化铈、二氧化锆、二氧化钛、三氧化二铝、二氧化锡、二氧化硅、三氧化二镧、氧化镁、氧化锌其中的一种或一种以上混合物或其复合氧化物、沸石、海泡石、多孔性炭材料；催化剂贵金属组分为铂、铑、钯、金、银中至少一种，助剂组分是碱金属锂、钠、钾、铷、铯中至少一种。
[0005]上述两篇文献虽然可在室温下将甲醛完全氧化分解为CO2和H2O，但是效率较高的多集中于贵金属铂催化剂上，并且没有考虑室内高湿度的气氛，且负载贵金属催化剂价格昂贵、实际大规模应用难度大。
[0006]因此，如何提供一种室温下可有效去除室内污染物的催化剂，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种气固相电催化电极及其制备方法和用途。本专利技术提供的气固相电催化电极，经过用亲水基固体电解质进行修饰，在气固相反应中的电子转移速率加快、水的活化能力显著提升，对室内污染物的均表现出了良好的催化氧化能力，且制备方法简单，操作简便易实现自动化。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种气固相电催化电极，所述气固相电催化电极包括依次层叠设置的导电基底、阳极氧化活性层和亲水基固体电解质层。
[0010]本专利技术提供的气固相电催化电极，经过用亲水基固体电解质进行修饰，在气固相反应中的电子转移速率加快、水的活化能力显著提升，对室内污染物的均表现出了良好的催化氧化能力。
[0011]本专利技术中的亲水基固体电解质为固态电解质中含有亲水基团。
[0012]本专利技术所提供的气固相电催化电极，适用于双电极的气固相反应中。
[0013]本专利技术所提供气固相电催化电极，如果用不含有亲水基固体电解质层，则不能实现对活性位点的充分活化，无法形成导电网络。
[0014]优选地，所述阳极氧化活性层包括氧化活性氧化物。
[0015]优选地，所述氧化活性氧化物包括SnO2和/或PbO2。
[0016]优选地，所述氧化活性氧化物的负载量为10～100mg/cm2，例如10mg/cm2、20mg/cm2、30mg/cm2、40mg/cm2、50mg/cm2、60mg/cm2、70mg/cm2、80mg/cm2、90mg/cm2或100mg/cm2等。
[0017]本专利技术所提供的负载量为，活性层中的物质在导电基底上的质量分布。
[0018]优选地，所述导电基底包括泡沫金属、金属网或碳纸中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述亲水基固体电解质层的厚度为2～500μm，例如2μm、10μm、20μm、50μm、100μm、130μm、150μm、180μm、200μm、230μm、250μm、280μm、300μm、330μm、350μm、380μm、400μm、430μm、450μm、480μm或500μm等。
[0020]本专利技术中，亲水基固体电解质层的厚度过小，则不利于导电网络的形成与活性位点的充分活化，厚度过大，则该体系导电电阻增加过大。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的气固相电催化电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0022]制备导电基底表面设置阳极氧化活性层的催化剂前驱体，然后将亲水基固体电解质溶液涂覆于阳极氧化活性层表面，得到所述催化剂。
[0023]本专利技术所提供的制备方法，操作简单，无需采用复杂的技术方案，简单涂覆即可得到催化氧化活性较高的气固相催化剂电极。
[0024]优选地，所述亲水基固体电解质溶液的浓度为1～50％，例如1％、5％、8％、10％、13％、15％、18％、20％、23％、25％、28％、30％、33％、35％、40％、45％或50％等，优选为5～35％。
[0025]本专利技术中，所述亲水基固体电解质溶液的浓度小于1％，则不利于固体电解质在活性材料表面的富集，而如果大于50％，又会导致导电电阻的增加；而进一步地调整至5～35％范围内时，则具备保证适当量的亲水基固体电解质在活性表面适当富集的优势。
[0026]优选地，所述亲水基固体电解质溶液的用量为0.1～1mL/cm2，例如0.1mL/cm2、0.2mL/cm2、0.3mL/cm2、0.4mL/cm2、0.5mL/cm2、0.6mL/cm2、0.7mL/cm2、0.8mL/cm2、0.9mL/cm2或1mL/cm2等。
[0027]优选地，所述亲水基固体电解质包括聚苯乙烯基固体电解质、全氟磺酸固体电解质、聚丙烯胺盐酸盐、聚丙烯酰胺或聚酰胺环氧氯丙烷中的任意一种或至少两种的组合，优
选为全氟磺酸固体电解质和/或聚苯乙烯磺酸
[0028]优选地，所述导电基底表面设置阳极氧化活性层的催化剂前驱体的制备方法包括：
[0029]采用涂覆或电沉积的方法将氧化活性氧化物设置于导电基底表面。
[0030]作为优选的技术方案，所述制备方法包括：
[0031]采用涂覆或电沉积的方法将氧化活性氧化物设置于导电基底表面，干燥后得到导电基底表面设置阳极氧化活性层的催化剂前驱体，然后将质量浓度为5～35％的亲水基固体电解质溶液以0.1～1mL/cm2的用量涂覆于阳极氧化活性层表面，干燥，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气固相电催化电极，其特征在于，所述气固相电催化电极包括依次层叠设置的导电基底、阳极氧化活性层和亲水基固体电解质层。2.根据权利要求1所述的气固相电催化电极，其特征在于，所述阳极氧化活性层包括氧化活性氧化物；优选地，所述氧化活性氧化物包括SnO2和/或PbO2；优选地，所述氧化活性氧化物的负载量为10～100mg/cm2。3.根据权利要求1或2所述的气固相电催化电极，其特征在于，所述导电基底包括泡沫金属、金属网或碳纸中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的气固相电催化电极，其特征在于，所述亲水基固体电解质层的厚度为2～500μm。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的气固相电催化电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：制备导电基底表面设置阳极氧化活性层的催化剂前驱体，然后将亲水基固体电解质溶液涂覆于阳极氧化活性层表面，得到所述催化剂。6.根据权利要求5所述的气固相电催化电极的制备方法，其特征在于，所述亲水基固体电解质溶液的浓度为1～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长斌，钱炜明，陈敏，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：