[发明专利]碳电极

权利要求书

1.一种电解水的方法，其包括如下步骤:

通过用一种或更多种离子液体处理碳材料，以用来自离子液体的离子使碳表面官能化来制备碳电极，其中所述一种或更多种离子液体中至少一种的Δ[pK_a]为约10至约20;以及

用碳电极电解水。

2.根据权利要求1的方法，其中制备碳电极的步骤包括:

在电化学池中电解碳材料，其中所述碳材料形成导电性电极的至少一部分，并且其中所述一种或更多种离子液体的水溶液形成接触导电性电极的电解液。

3.根据权利要求1的方法，其中制备碳电极的步骤包括:

用所述一种或更多种离子液体机械搅拌所述碳材料。

4.根据权利要求3的方法，其中所述机械搅拌包括研磨或高剪切混合。

5.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述一种或更多种离子液体以水溶液形式提供。

6.根据权利要求1至5任一项的方法，其中所述制备碳电极的步骤进行足够长的时间以确保碳电极表面的至少一部分包含一种或更多种选自-COOH、-CHO、-CO-、-OSO₃H、-OH、SO₃^-、-C-F、-NC₂、NC₃⁺的官能团。

7.根据权利要求1至5任一项的方法，其中所述一种或更多种离子液体中的至少一种包含选自以下的阴离子:RSO₃^-或RCOO^-，其中R是烷基或取代的烷基;(CF₃SO₃)^-;(R-CF₂CF₂SO₃)-;(CF₃SO₂)N^-;(CF₃SO₂)₃C^-;CHF₂CF₂SO₃;(CH₃CH₂SO₄)^-和/或其混合物。

8.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述一种或更多种离子液体中所述至少一种的阳离子包含至少一个带正电荷的氮原子。

9.根据权利要求8的方法，其中所述阳离子包含含氮芳环。

10.根据权利要求9的方法，其中所述含氮芳环包含咪唑环。

11.根据权利要求9的方法，其中所述阳离子具有如下的结构通式:

其中R¹和R²独立地选自氢和烃基，并且其中所述烃基是任选取代的烷基、或者任选取代的环烷基、或者任选取代的杂芳基。

12.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述一种或更多种离子液体包含1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([BMIM][triflate])，1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([EMIM][triflate])或1-丁基-3-甲基吡咯烷三氟甲磺酸盐。

13.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述Δ[pK_a]为约15至约20。

14.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述碳材料包含炭黑、碳纳米丝、三维碳分子筛、活性炭、石墨、石墨烯(graphene)、碳化物衍生的碳材料、碳纳米管和巴克球(Buckyballs)中的一种或更多种。

15.根据前述权利要求任一项的方法，其中所述方法还包括向制备的碳电极表面添加催化添加剂的步骤。

16.根据权利要求15的方法，其中所述催化添加剂包含贵金属和/或铂族金属。