[发明专利]一种高氧传输的电催化氧还原产H2O2的气体扩散电极制备方法

说明书

本发明涉及一种高氧传输的电催化氧还原产H₂O₂的气体扩散电极制备方法，其特征在于，步骤如下：以200目钛布为基体，将炭黑和聚四氟乙烯的混和膏体用热压法与钛网基体压制、烧结，得到气体扩散电极；将稀释的二甲基硅油改性气体扩散电极，即可制得；本发明的高氧传输性能的气体扩散产H₂O₂电极由钛基/炭黑‑聚四氟乙烯压制烧结的催化层和稀释渗透的二甲基硅油附着氧传输层组成，一方面，气体扩散电极骨架采用炭黑‑聚四氟乙烯层，其具有优异的二电子氧还原性能；另一方面，本发明通过在催化层表面增加稀释渗透的二甲基硅油附着层，形成具有高氧传输的扩散层，提高了电极表面氧还原催化活性，降低氧扩散阻抗，极大的提高了氧传输通量。

技术领域

本发明涉及一种高氧传输的电催化氧还原产H₂O₂的气体扩散电极制备方法，属于电催化电极制备技术领域。

背景技术

难降解有机废水带来严重的环境污染，传统的水处理工艺不能将其从水环境中彻底去除。H₂O₂试剂作为一种氧化剂，可用金属离子（Fe²⁺, Cu⁺）发生芬顿反应生成具有高标准还原电位(E₀(•OH/H₂O)=2.8 V/SHE )的羟基自由基（•OH）。电化学氧化法以其高效性、环境友好的特点，引起了广泛关注。从而发展来的多种基于可原位还原的电芬顿催化技术，光电芬顿催化技术，太阳光电芬顿催化技术等电化学氧化法以原位产生芬顿试剂，主要为H₂O₂和Fe²⁺,从而发生芬顿反应，反应条件温和，操作简单，是一种节能的环保技术。基于电极原位产生芬顿试剂的电催化技术的关键点在于阴极材料的氧还原电催化性能，目前国内外主要采用石墨、炭黑等碳材料改性的气体扩散电极来提高氧的传质，从而提高氧还原（ORR）性能。因此，提高电芬顿/光电芬顿/太阳光电芬顿等技术的降解效率，开发一种电催化氧还原产H₂O₂的气体扩散电极，改性和优化电极制备参数从而提高电极的氧传质性能和电极寿命是本研究的重点。

近年来电芬顿电极改性引起研究者的广泛关注。研究发现，碳基的气体扩散电极，作为阴极材料时的氧还原催化性能优异，H₂O₂产量稳定且高，适用于各种电芬顿催化体系，对难降解有机废水电催化氧化处理效果好，是电芬顿催化法处理难降解有机污染物的最理想材料之一。目前国内外的研究主要针对提高电极电催化活性，文献1（Huijia Yang, etal. Rolling-made gas diffusion electrode with carbon nanotube for electro-Fenton degradation of acetylsalicylic acid [J]. Chemosphere, 2018）报道的气体扩散电极选用碳纳米管/炭黑作为气体扩散电极的催化层，改性后的电极电催化生产H₂O₂的电流效率最高达100%。文献2（Carlota Ridruejo, et al. On-siteH₂O₂electrogeneration at a CoS₂-based air-diffusion cathode for theelectrochemical degradation of organic pollutants）采用部分掺杂硫化钴可提高气体扩散电极的H₂O₂产量，该方法制备的电极疏水性能差，易发生“水倾覆”现象，从而导致氧传输性能的下降。因此，开发高氧传输性能的电催化氧还原气体扩散电极的制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有气体扩散电极在工程化、规模化应用，由于曝气不均匀和气量低的问题，而产生的“水倾覆”现象，从而导致氧传输性能的急剧下降。本发明提供了一种高氧传输性能的电催化氧还原气体扩散电极。