[发明专利]一种响应快速的酸性电解质氧传感器催化电极及制备方法

说明书

本发明提出一种响应快速的酸性电解质氧传感器催化电极包括由上到下依次贴合的内O型圈、催化电极片、防水透气膜和外O型圈，内O型圈、催化电极片、防水透气膜和外O型圈通过粘合剂粘合成片，催化电极片包括电极基膜和催化电极层，催化电极层设置在电极基膜接近内O型圈的一面，催化电极层接触氧传感器内的酸性电解质，第二防水透气层接触环境中的待测气体。该电极响应时间更短，灵敏性好，并且输出信号更稳定。本发明还提出一种响应快速的酸性电解质氧传感器催化电极的制备方法，具有工艺简单，节约成本的优点。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种响应快速的酸性电解质氧传感器催化电极。

背景技术

氧气是大气中含量第二的气体，对氧气浓度进行监测的氧气传感器在医学，生物，农业，运输，化学反应和环境监测等领域发挥着巨大的作用。随着科技的发展，各个领域对氧气传感器的关注度越来越高，并提出了更高的要求，包括工作温度，灵敏度，响应速度和重复性等等。目前氧气传感器主要以电化学类型为主，电化学氧气传感器通过与被测气体发生反应，并产生与气体浓度成正比的电信号，将气体浓度信号转化为电信号，从而实现氧气浓度监测。其核心部件是电极材料，电极材料不同对同一电极反应的催化活性也不同。对于氧传感器的阴极而言，必须具备两个条件：首先是要对氧有很好的催化还原活性；其次是要采用能极化的金属，即电极本身交换电流密度较小的金属。一般用作阴极的材料主要有金、银、铂、钯和石墨碳粉等。

目前市面上大多数的氧气传感器采用的是碱性电解质，这种类型的氧传感器容易受到空气中二氧化碳等酸性气体的干扰，从而影响传感器的稳定性、重复性和寿命。为了克服这一缺陷，酸性电解质氧气传感器开始受到人们的关注。酸性电解质在某种程度上确实可以克服酸性气体的干扰，提高传感器的稳定性和寿命。但酸性电解质的氧气传感器液也存在引发了新的问题，酸性电解质形成了腐蚀性的环境，大部分催化工作电极在酸性电解质中长期工作会失效，从而造成氧气传感器的误报和错报。同时，酸性电解质中较低的催化活性会使氧气传感器的响应时间大大延长。因此，现有技术当中亟需要一种既能够抗酸性电解质腐蚀又对氧气具有很好的催化活性的催化电极来解决这一问题。目前，最常用的电化学氧气传感器一般采用铂基催化剂，然而其稀有性带来的昂贵价格以及复杂的制备工艺，导致电化学氧气传感器产品价格始终居高不下。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种响应快速的酸性电解质氧传感器催化电极，响应时间更短，灵敏性好，并且输出信号更稳定。

为实现上述目的，本发明的一种响应快速的酸性电解质氧传感器催化电极，包括由上到下依次贴合的内O型圈、催化电极片、防水透气膜和外O型圈，内O型圈、催化电极片、防水透气膜和外O型圈通过粘合剂粘合成片，催化电极片包括电极基膜和催化电极层，催化电极层设置在电极基膜接近内O型圈的一面，催化电极层接触氧传感器内的酸性电解质，第二防水透气层接触环境中的待测气体。

进一步地，内O型圈和外O型圈的厚度为1.8mm～2mm，电极基膜和防水透气膜的厚度为0.18mm～0.25mm，催化电极层的厚度为8μm～20μm。

进一步地，催化电极片上开有小孔，小孔的直径为1mm、1.5mm或2mm，直径1mm的小孔的数量为30个，直径1.5mm的小孔的数量为15个，直径2mm的小孔的数量为10个。

进一步地，电极基膜和防水透气膜采用膨体聚四氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜或聚全氟乙丙烯膜中的至少一种；膨体聚四氟乙烯膜的透气量为500ml/min～700ml/min，膨体聚四氟乙烯膜内部孔道结构趋于竖向直通结构，且孔道间距较宽，气体较容易通过；聚偏二氟乙烯膜的透气量为75ml/min～150ml/min，聚偏二氟乙烯膜内部孔道结构趋于不规则的复杂的弯道结构，且孔道间距较窄，气体不易通过；聚全氟乙丙烯膜的透气量为5ml/min～10ml/min，聚全氟乙丙烯膜的内部孔道结构趋于连续性的致密的微孔结构，孔道间距最窄，气体较难通过。

本发明还提出一种响应快速的酸性电解质氧传感器催化电极的制备方法，包括以下步骤：