[发明专利]一种双功能的孔道合金电极及其激光选区轰击制备方法

说明书

本发明涉及一种双功能的孔道合金电极及其制备方法，该电极以具有孔道结构的合金金属片为导电基底，孔道上宽下窄呈锥形，合金电催化剂颗粒原位负载在孔道内壁，此电极同时具有气体扩散能力和电催化还原二氧化碳活性；这种双功能的多孔合金电极采用激光轰击选区合成方法，将两种金属片上下叠放在一起后，通过激光器配备的显微镜使激光焦点汇聚于上层金属片，并使用激光对选定的点区域进行一段时间的轰击，上层金属颗粒刻蚀下层金属片形成孔道结构，同时在孔道中原位负载合金纳米颗粒，一步制得一种双功能的孔道合金电极。本发明所采用的合成方法属于常温、常压、固相、开放体系的制备方法，操作方便、易于控制、且环境友好未使用有毒反应原料。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，具体涉及一种激光选区轰击合成具有气体扩散能力和电催化还原二氧化碳活性的合金电极及其制备方法。

背景技术

气体扩散电极在电催化等方面应用广泛，可以用于增大电流密度以达到工业应用的要求，其主要的组成部分有气体扩散层和催化层。其中，气体扩散层通常选用多孔材料，用于输送气体，面向气体室；催化层由催化剂组成，用于进行催化反应，面向液体室，在常压下，气体和电解液在催化剂层达到平衡，形成稳定的气-液-固三相界面，提高了催化速率。近年来，使用合金作为催化层的研究越来越多，参见Miao Zhong,Zachary Ulissi,EdwardH.Sargent,et al.Accelerated discovery of CO₂ electrocatalysts using activemachine learning[J].Nature,2020,581:178-184，合金是一种重要的金属材料，其化学性质与单一的金属不同，因此被广泛地应用于催化领域。

目前常用的气体扩散电极是通过将催化剂滴加在多孔层上或者利用物理混合碾压来制备，通常由气体扩散层和电催化剂层两部分组成，其存在几方面的不足：首先，气体扩散层和电催化剂层通常有两部分组成，需要选择适合的方法使气体扩散层和催化层进行结合，增加了电极制备的复杂性，且长时间测试容易导致催化剂脱落；其次，催化剂一般负载在气体扩散层的一面，难以在气体扩散孔道内部实现气体-电解液-电催化剂的三相界面构建。由此可见，选择一种新的技术来一步实现具有气体扩散能力的催化电极十分必要。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种激光选区轰击合成具有气体扩散能力的合金电极，其具有稳定性好、加工重复性高等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种双功能的孔道合金电极，包括导电基底；所述导电基底上设有纵向贯穿的孔道；所述孔道的内壁上负载电催化剂；所述导电基底为金属片，所述电催化剂为合金纳米颗粒，所述导电基底的材质与合金纳米颗粒中的一种金属相同。

优选的，所述合金纳米颗粒由铜、锡、银、镍、钼、铟、锌中的任意两种金属组成。

优选的，所述孔道呈上宽下窄的锥形。

本发明的第二方面，提供双功能的孔道合金电极在电催化还原二氧化碳中的应用。

本发明的第三方面，提供制备方法，包括以下步骤：

(1)将上层金属片和导电基底叠放，紧密的贴合在一起；

(2)将激光焦点汇聚于上层金属片，使用激光对选定的点区域进行轰击，轰击完毕去掉上层金属片得到双功能的孔道合金电极。

优选的，所述上层金属片选自铜、锡、银、镍、钼、铟或锌；所述上层金属片和导电基底的厚度均为0.01-0.1mm。

优选的，所述激光轰击的时间为2s-4min；激光器的功率为0.3-3W，扫描速度为50-200mm/s。

本发明的有益效果：