[发明专利]一种微米槽结构在电极析氢反应中加快气泡溢出的应用

说明书

一种微米槽结构在电极析氢反应中加快气泡溢出的应用，属于无机先进纳米材料技术领域。材料表面具有的周期性尺寸微米结构对气体析出反应中气泡行为的影响。其包括表面具有不同凹槽尺寸的二硫化钼阵列电极，在气体析出反应中对气泡析出行为产生不同的影响。本发明还涉及所述表面具有不同凹槽尺寸微阵列的电极材料的浸润性。本发明将表面可控尺寸微阵列的电极材料应用于析氢反应，通过促进气泡的融合现象来促进反应析出气泡的快速脱离，暴露更多反应活性位点，提升催化性能。本发明的凸起为10μm，凹槽分别为40μm的材料，气泡析出表面尺寸为50～70μm，极大的减小了气泡的脱离直径，提高了催化性能。

技术领域

本发明属于无机先进纳米材料技术领域，涉及一种微米槽结构在电极析氢反应中加快气泡溢出的应用，尤其涉及一种表面具有周期性微米槽结构的电极材料在析氢反应中的应用。

背景技术

气体参与的电催化反应是电荷驱动的气体分子为产物或者原料的催化反应。生成物为气体的电催化反应被称为析出气体反应。如何提高电催化反应的催化性能是备受关注的问题，现如今研究者主要是通过寻找新型的催化材料来提高催化性能。在期刊论文Ultrahigh Hydrogen Evolution Performance of Under-Water “Superaerophobic”MoS₂Nanostructured Electrodes，DOI:10.1002/adma.201304759 提出了对于气体析出的反应，产生的气泡随着反应的进行会严重粘附在电极表面，这是析出气体反应共同存在的问题。气泡的粘附会导致电极表面的活性位点大大减小，同时电解液无法接触到电极材料的表面，阻止反应的进一步发生。现在大部分的解决方向都是通过催化剂本身的化学成分入手，合成新型的催化剂；如何从材料表面的形态结构入手，设计出尺寸可控的、合适的催化材料表面结构解决气泡的粘附问题，是提高催化剂性能的又一大突破性进展。

发明内容

本发明的目的在于鉴于上述问题提供一种新的优化电极材料催化性能的方向，通过电极表面尺寸可控设计来提高催化性能，即寻找一个电极表面具有微槽结构可通过调节尺寸，使析氢反应中产生的气泡可以通过融合现象释放的表面能克服与基底材料表面的粘附作用(此粘附作用由于材料表面微米结构的存在而切割原本连续的三相接触线，不连续的三相接触线使粘附力减小)可以实现在很小的尺寸下即可快速脱离电极表面，避免气泡大量粘附于材料表面，从而提升电催化性能。

一种微米槽结构在电极析氢反应中加快气泡溢出的应用，其特征在于，在电极表面制备设有周期性阵列排布的微米槽栅格结构的硫化钼催化材料。

周期性阵列排布的微米槽栅格结构的硫化钼催化材料为硫化钼仅组成微米槽栅格结构的凸起，凹槽底部为电极材料，凹槽底部没有硫化钼。

周期性阵列排布的微米槽栅格结构的硫化钼催化材料进行亲水改性，如采用plasma表面处理。

周期性阵列排布的微米槽栅格结构凸起宽度为10μm，凹槽宽度为20-80μm；凸起高度5-10μm。其制备包括基于毛细微模型法(以现有技术用过的方法)制备出周期性的硫化钼催化材料(如表面的周期性结构尺寸分别是凸起不变，均为 10μm；凹槽分别是20μm、40μm、60μm以及80μm，相应可依次表示为10/20 μm，10/40μm，10/60μm和10/80μm)。

通过调整凹槽宽度调整气泡溢出大小，从而调整气泡溢出速度。

在恒电流下，原位实时拍摄表征析氢反应产生气泡的行为过程。恒电流值优选为2mA。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：