电化学模型电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电化学模型电极的制备方法

【技术实现步骤摘要】
电化学模型电极的制备方法、电化学模型电极及其应用


[0001]本专利技术是关于能源与清洁
，特别是关于一种电化学模型电极的制备方法
、
电化学模型电极及其应用
。

技术介绍

[0002]能源危机和环境污染是目前全世界关注的热点问题，开发可再生的洁净能源和相关技术是解决能源危机的必要途径
。
其中，电解水制氢和金属空气电池等绿色可再生能源存储及转换技术是当前国际研究热点，也是实现国家“碳达峰
、
碳中和”目标的关键技术
。
以析氢反应
(HER)、
析氧反应
(OER)、
氧还原反应
(ORR)
等为典型代表的电化学反应过程是电解水制氢
、
金属空气电池
、
燃料电池等下一代绿色能源系统中的重要基础，也是这些清洁能源技术能否突破的关键瓶颈
。
因此，高效精准的电极电催化剂设计研发必不可少
。
在高效电极电催化剂的设计中，主要有两条路线提高催化剂的活性，一是增加活性位点的数量，比如，通过纳米结构的调控增加催化剂暴露的几何面积
。
另一条路线是提升催化剂活性位点的本征活性，比如改变催化剂表面电子结构等
。
总之，对电极电催化剂的性能
、
结构和形貌进行必要的设计有利于提高其活性，进而拓展在清洁能源技术的更广泛应用
。
[0003]理解催化剂表面的反应机理是设计高效的
>OER、HER、ORR
电催化剂的重要基础
。
而催化剂的表面调控在理解催化过程并进行催化剂设计中起着重要作用
。
因为通过表
/
界面调控策略
(
尺寸
、
缺陷
、
界面和应变效应等
)
制备高活性
、
高稳定性
、
低成本的电催化剂，可以进一步系统研究催化剂的纳米结构与电催化活性之间的“构效关系”。
[0004]近年来，随着先进原位技术的发展，通过设计模型电极研究电极电催化剂的表面性质有助于理解和揭示催化剂的本征催化机制和真正活性位点，最终将有利于高效电极电催化剂的合理设计及应用
。
[0005]现有技术中的电化学模型电极的构建一般可以分为“自上而下”和“自下而上”两类方法
。“自上而下”的方法一般包括物理
/
化学气相沉积法
、
原位电化学沉积法和溶液合成法等，以形成具有特定形貌
、
结构或组成的催化剂作为模型
。
这些“自上而下”的方法一般较为复杂，需要一定合成制备技术，难以满足多种结构和形貌的要求，不适合复杂形貌催化剂的制备
。“自下而上”的方法一般为模板法，利用模板材料控制金属或合金的沉积和生长，形成所需的纳米结构
。
常用的模板材料有硅模板
、
多孔材料
、
聚合物微球等
。
这种“自下而上”方法可以制备具有特定孔隙结构和形貌的模型催化剂
。
但是目前模板材料的选择和制备具有一定限制性，模板的制备和去除过程也较为繁琐；模板去除后，催化剂的形貌和结构可能受到损害
。
[0006]因此，开发一种简单
、
快速
、
可实现任意形状和尺度形貌的超精密电化学模型电极的制备方法极为重要
。
[0007]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种电化学模型电极的制备方法
、
电化学模型电极及其应用，通过无掩模版法制备
2D/3D
图形化电化学模型电极，电极图案可调，尺度可控，可实现在多种材料体系中制备超精密电化学模型电极
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种电化学模型电极的制备方法，包括：电极图形设计，所设计的电极图形暴露所需制备的电化学模型电极的特定活性位点；提供电极材料；在所述电极材料上制备光刻胶层，通过激光直写技术在所述光刻胶层上制备出所设计的电极图形；刻蚀所述电极材料，以在所述电极材料上形成所设计的电极图形的
2D/3D
图形，去除所述光刻胶层，获得包含特定活性位点的电化学模型电极
。
[0010]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述电极材料包括金属
、
氧化物或氮化物
。
[0011]在本专利技术的一个或多个实施方式中，通过旋涂的方式在所述电极材料上制备光刻胶层
。
[0012]在本专利技术的一个或多个实施方式中，通过激光直写技术在所述光刻胶层上制备出所设计的电极图形，包括：通过激光直写技术按照所设计的电极图形敏化所述光刻胶层，以在所述光刻胶层上绘制所设计的电极图形；通过第一试剂洗去敏化后的光刻胶层，以在所述光刻胶层上得到所需的电极图形
。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施方式中，根据电极材料以及所设计的电极图形的样式确定激光参数以进行激光直写，绘制电极图形
。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一试剂选自丙酮
。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施方式中，采用离子束刻蚀技术刻蚀所述电极材料，并通过第二试剂组去除所述光刻胶层；所述第二试剂组包括乙醇
、
丙酮和异丙醇
。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，去除所述光刻胶层后，将所述电化学模型电极置于真空环境内进行高温退火以及氩刻清洁
。
[0017]本专利技术的实施例提供了一种采用上述电化学模型电极的制备方法所制备的电化学模型电极
。
[0018]本专利技术的实施例提供了一种采用上述电化学模型电极的制备方法所制备的电化学模型电极在电化学领域电极催化剂表面研究的应用
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术实施方式的电化学模型电极的制备方法，通过在电极材料表面构造超精密的图形，一方面可以暴露特定的活性位点，增加活性位点数量；另一方面电极结构可控，可以增大电极电催化剂表面积，调控电极的催化性能
。
[0020]本专利技术实施方式的电化学模型电极的制备方法，将激光直写技术应用于电化学领域，进行超精密微纳结构模型电极的制备构造，无需模板，在修改电化学模型电极设计方案或个性化定制方面具有很大的优势，可用于制备大面积
、
高精度的电化学模型电极
。
[0021]本专利技术实施方式的电化学模型电极的制备方法，可以实现任意形状
、
多种尺度
(
从纳米到毫米的不同数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电化学模型电极的制备方法，其特征在于，包括：电极图形设计，所设计的电极图形暴露所需制备的电化学模型电极的特定活性位点；提供电极材料；在所述电极材料上制备光刻胶层，通过激光直写技术在所述光刻胶层上制备出所设计的电极图形；刻蚀所述电极材料，以在所述电极材料上形成所设计的电极图形的
2D/3D
图形，去除所述光刻胶层，获得包含特定活性位点的电化学模型电极
。2.
如权利要求1所述的电化学模型电极的制备方法，其特征在于，所述电极材料包括金属
、
氧化物或氮化物
。3.
如权利要求1所述的电化学模型电极的制备方法，其特征在于，通过旋涂的方式在所述电极材料上制备光刻胶层
。4.
如权利要求1所述的电化学模型电极的制备方法，其特征在于，通过激光直写技术在所述光刻胶层上制备出所设计的电极图形，包括：通过激光直写技术按照所设计的电极图形敏化所述光刻胶层，以在所述光刻胶层上绘制所设计的电极图形；通过第一试剂洗去敏化后的光刻胶层，以在所述光刻胶层上得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁敏，李浩，崔义，王虎，荣毅，刘通，胡楠，沈阳，张珽，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：