[发明专利]一种仿生浸润性梯度锥簇电极

权利要求书

1.一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：包括若干个排列成簇状的仿生浸润性梯度锥形电极（1）和位于各个所述仿生浸润性梯度锥形电极（1）之间的气泡输送区（2）；

所述仿生浸润性梯度锥形电极（1）包括金属棒（11）和设置在所述金属棒（11）上端的金属锥（12），所述金属锥（12）包括位于尖端的具有疏水性的疏水区（121）、与所述金属棒（11）相邻的超疏水区（122）和位于所述疏水区（121）及所述超疏水区（122）之间的过渡区（123）；

所述疏水区（121）用于电解产生气泡，所述超疏水区（122）和所述过渡区（123）表面覆盖疏水粒子，所述过渡区（123）用于使所述气泡脱离所述疏水区（121）并将所述气泡输送至所述超疏水区（122）；

所述气泡输送区（2）包括各个所述过渡区（123）之间的空隙组成的气泡区（21）和各个所述超疏水区（122）之间的空隙组成的气囊区（22）；所述气泡区（21）用于所述气泡的输送和富集，所述气囊区（22）用于将所述气泡形成气囊，所述气囊用于防水和有选择地吸收所述疏水区（121）输送的所述气泡并将所述气泡输送至设置在所述仿生浸润性梯度锥簇电极尾部的气体收集装置；

所述仿生浸润性梯度锥形电极（1）的材质为铜；

所述疏水粒子为纳米二氧化硅粒子，所述纳米二氧化硅粒子在所述超疏水区（122）的厚度大于在所述过渡区（123）的厚度。

2.根据权利要求1所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：所述金属棒（11）为铜丝，所述疏水区（121）为裸露的疏水铜锥。

3.根据权利要求1所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：所述仿生浸润性梯度锥形电极（1）的数量为2个以上。

4.根据权利要求1所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：所述疏水区（121）的水接触角为125°~130°，所述疏水区（121）的气泡接触角为105°~110°；

所述超疏水区（122）的水接触角为150°~160°，所述超疏水区（122）的气泡接触角为+0°~10°；

所述过渡区（123）的水接触角为135°~140°，所述过渡区（123）的气泡接触角为10°~20°。

5.根据权利要求1所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：所述气泡为氢气气泡。

6.根据权利要求1所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：仿生浸润性梯度锥簇电极的制备方法包括如下步骤：

S1、疏水金属锥制备：将金属棒通过电化学梯度腐蚀的方法，制备成锥形仿生电极，将所述锥形仿生电极的锥形部浸入十二烷基硫醇的乙醇溶液进行疏水修饰后取出，得到疏水锥形仿生电极；

S2、浸润性梯度金属锥电极制备：将所述疏水锥形仿生电极的锥形部浸入含有纳米二氧化硅粒子的超疏水溶液中后取出干燥，调节所述纳米二氧化硅粒子的浓度、溶剂的种类和控制溶剂的挥发时间，使纳米二氧化硅粒子的厚度从所述过渡区（123）向所述超疏水区（122）逐渐增加、使所述疏水区（121）裸露，实现纳米粒子在所述锥形部的自组装，得到所述仿生浸润性梯度锥形电极（1）；

S3、浸润性梯度金属锥簇制备：将若干个所述仿生浸润性梯度锥形电极（1）紧密排列成簇状形成所述气泡输送区（2），得到所述仿生浸润性梯度锥簇电极。

7.根据权利要求6所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S2包括以下步骤：

S21、浸入：将所述疏水锥形仿生电极的所述锥形部竖直向下浸入含有纳米二氧化硅粒子的所述超疏水溶液中，使所述锥形部表面形成液膜后取出；

S22、干燥：将附着所述液膜的所述浸润性梯度金属锥水平放置进行干燥，通过调节所述超疏水溶液中纳米二氧化硅粒子的浓度、所述溶剂的种类和溶剂的挥发时间，使纳米二氧化硅粒子的厚度从所述过渡区（123）向所述超疏水区（122）逐渐增加、使所述疏水区（121）裸露，实现纳米粒子在铜锥表面的自组装，得到所述仿生浸润性梯度锥形电极（1）。

8.根据权利要求7所述的一种仿生浸润性梯度锥簇电极，其特征在于：

步骤S1中，所述十二烷基硫醇的乙醇溶液浓度为1 mmol/L～ 20 mmol/L；

步骤S21中，所述超疏水溶液中纳米二氧化硅粒子的浓度为1% ～ 5%、所述溶剂为正己烷或二氯甲烷或氯仿或四氯化碳；

步骤S22中，所述溶剂的挥发时间为30 s ～ 3 min。