一种高析氧选择性的电极阳极及其制备方法和电化学装置与流程

本发明涉及电化学，具体涉及一种高析氧选择性的电极阳极及其制备方法和电化学装置。

背景技术：

1、目前的电解水技术，无论是酸性还是碱性电解槽，都是采用高纯水作为原料，在未来电解水的大规模应用中水资源又是一大问题。海水资源丰富，占据水储存量的96.5％，如果能够直接电解海水，那么资源匮乏问题将迎刃而解。但是海水中含有大量的nacl，在电解水阳极这一端，析氯与析氧发生竞争反应。反应式如下：

2、cler:

3、2cl-→cl2+2e-e0＝1.36v vs she,ph 0

4、oer:

5、2h2o(l)→o2+4h++4e-e0＝1.229v vs she,ph 0

6、在动力学上，由于析氯是二电子反应，析氧是四电子反应，析氯是有利的。产生的氯气不仅会毒化催化剂，并且在未来直接电解海水大规模应用下，那么产生的氯气将会远远过量，因此需要提高析氧(oer)的选择性，对于直接电解海水的实际大规模应用有着非常重要的意义。

7、现有技术阻隔氯离子通常采用mn、co等金属作为催化剂，该类金属本身不易发生氯气析出反应，但其催化活性始终不如贵金属铱。在电解海水等含有氯离子的电解液时，针对催化活性高的金属催化剂比如贵金属催化剂如何构建电极阳极，以能够有效抑制阳极氯气的析出以提高析氧选择性是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种高析氧选择性的电极阳极及其制备方法和电化学装置，目的是有效抑制阳极氯气的析出以提高析氧选择性。

2、第一方面，本发明提供一种高析氧选择性的电极阳极，催化剂层的表面包含高析氧选择性膜层，所述高析氧选择性膜层包括全氟磺酸树脂和分子筛。

3、第二方面，本发明提供一种制备上述高析氧选择性的电极阳极的方法，包括如下步骤：

4、(1)使全氟磺酸树脂溶液、分子筛和溶剂混合，得固液混合物；

5、(2)使所述固液混合物涂覆于催化剂层表面，然后冷冻烘干使全氟磺酸树脂和分子筛在所述催化剂层的表面形成高析氧选择性膜层，得电极阳极。

6、第三方面，本发明提供一种电化学装置，其包括高析氧选择性的电极阳极，所述高析氧选择性的电极阳极选自第一方面所述电极阳极，或者由第二方面所述方法制备得到。

7、有益效果：

8、本发明高析氧选择性的电极阳极在催化剂层表面构建高析氧选择性膜层，使h2o和o2可以透过，而阻隔cl-，进而在电解含有氯离子的电解液时，有效抑制阳极析氯反应的发生，显著提高阳极析氧选择性。

技术特征：

1.一种高析氧选择性的电极阳极，其特征在于，催化剂层的表面包含高析氧选择性膜层，所述高析氧选择性膜层包括全氟磺酸树脂和分子筛。

2.根据权利要求1所述的电极阳极，其特征在于，所述高析氧选择性膜层的厚度为30～70μm。

3.根据权利要求1所述的电极阳极，其特征在于，所述电极阳极的组成包括：

4.根据权利要求1所述的电极阳极，其特征在于，所述催化剂层包括载体和负载于所述载体的金属；

5.根据权利要求4所述的电极阳极，其特征在于，所述催化剂层中，所述金属在所述载体的负载量为1～3mg/cm2；

6.根据权利要求1所述的电极阳极，其特征在于，所述分子筛选自孔径为型分子筛，优选自ts1分子筛和/或mfi分子筛，更优选为zsm-5分子筛。

7.一种制备权利要求1～6任一项所述的电极阳极的方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述全氟磺酸树脂溶液选自d520、d2020、d79、d98、d87和d83中的一种或多种；

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂包括有机溶剂和水，所述有机溶剂选自异丙醇、丙醇、乙醇和丙三醇中的一种或多种；

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述涂覆和冷冻烘干进行2～5次；和/或，

11.一种电化学装置，其特征在于，其包括高析氧选择性的电极阳极，所述高析氧选择性的电极阳极选自权利要求1～6任一项所述电极阳极，或者由权利要求7～10任一项所述方法制备得到。

技术总结本发明涉及一种高析氧选择性的电极阳极及其制备方法和电化学装置，催化剂层的表面包含高析氧选择性膜层，所述高析氧选择性膜层包括全氟磺酸树脂和分子筛。制备高析氧选择性的电极阳极的方法包括：(1)使全氟磺酸树脂溶液、分子筛和溶剂混合，得固液混合物；(2)使所述固液混合物涂覆于催化剂层表面，然后冷冻烘干使全氟磺酸树脂和分子筛在所述催化剂层的表面形成高析氧选择性膜层。本发明高析氧选择性的电极阳极在催化剂层表面构建高析氧选择性膜层，使H<subgt;2</subgt;O和O<subgt;2</subgt;可以透过，而阻隔Cl<supgt;‑</supgt;，进而在电解含有氯离子的电解液时，有效抑制阳极析氯反应的发生，显著提高阳极析氧选择性。技术研发人员：王韬,张晓慧,丁燕,姚炜坤受保护的技术使用者：嘉庚创新实验室技术研发日：技术公布日：2024/4/17