气体扩散和导电性好的PTFE-金属基底及其制备方法和应用

本发明涉及金属基底制备，尤其涉及一种气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底及其制备方法和应用。

背景技术：

1、煤、石油、天然气等化石原料一直是支撑经济和社会发展的主要能源，而化石能源的使用排放的大量二氧化碳是导致全球气候变化、海平面上升的重要原因。

2、其中，为了响应可持续发展战略，通过电催化方式将co2转化为有价值的化学产物是目前具有前途的解决方法之一。电催化co2rr产物通常可以分为c1化合物(co、ch4等)；c2产物(c2h4、c2h5oh等)；c3化合物(c3h6、c3h7oh等)。通常认为c2+产物比c1产物具有更高的能源存储价值，所以利用电还原器件将空气中的二氧化碳还原为c2h4、c2h5oh等高价值产物，借此以实现碳循环和零排放；目前。二氧化碳电还原器件的各项性能指标已经接近工业化水平；二氧化碳电还原器件主要由气体扩散电极、催化剂、电解液等组成，其中，气体扩散电极的透气性和导电性极其重要；因此,具备强疏水性和透气性的聚四氟乙烯(ptfe)是制造气体扩散电极的理想材料，但是由于其为绝缘体，需要负载其他导电材料才可以作为气体扩散电极使用，且如果直接采用金属作为二氧化碳电还原器件中的催化剂会伴随着严重的析氢反应，同时没有空隙将不利于气体的扩散；因此，亟需一种具有气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底及其制备方法和应用，以解决聚四氟乙烯透气膜导电性差以及直接采用金属作为二氧化碳电还原器件中的催化剂会伴随着严重的析氢反应，同时没有空隙将不利于气体的扩散的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供的基础技术方案是：一种气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底，从下至上依次为ptfe透气膜层、纤维层和金属层；所述纤维层呈脉络状设于所述ptfe透气膜层的上层，脉络状的所述纤维层形成疏水骨架，所述金属层镀在所述ptfe透气膜层和所述疏水骨架的上层，所述金属层附在所述疏水骨架上形成金属骨架。

4、优选地，所述金属层为铜。

5、上述气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底的制备方法，具体包括以下步骤：

6、s1、将ptfe透气膜固定在静电纺丝设备的接收装置上，将聚合物溶液或熔体置于静电纺丝设备的高压静电场中，使聚合物溶液或熔体带电并产生形变，在静电纺丝设备的喷头末端处形成泰勒锥液滴,喷射沉积在ptfe透气膜上,通过控制喷头位置变换，最终在ptfe透气膜上形成脉络状的疏水纤维骨架，取出ptfe透气膜以备用；

7、s2、将打磨后的铜颗粒放入真空镀膜机中对应的蒸发源处并固定，将带有纤维骨架的ptfe透气膜粘贴于蒸发源上方，其带有纤维骨架的一面朝向蒸发源，启动进行真空蒸镀，铜源气化成铜粒子，铜粒子飞至ptfe透气膜表面凝聚，形成铜薄膜层，得到所需ptfe-金属基底。

8、优选地，在s2中，真空镀膜机的蒸发速率为热蒸发电流为85～110a；热蒸发真空室压强为5×10-5～9×10-5pa；热蒸发镀膜的厚度为300nm，由热蒸镀仪器内的晶振片控制；热蒸发基板温度为25～60℃。

9、利用上述一种气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底的制备方法得到的ptfe-金属基底在催化反应中作为催化剂的应用。

10、技术方案的原理及有益效果是：通过在聚四氟乙烯(ptfe)透气膜上采用静电纺丝技术制造脉络状纤维，以制造出疏水骨架，脉络状的骨架具有多孔隙的特点，其将有利于气体的扩散，然后采用真空热蒸镀的方法，将铜或者其他金属镀在聚四氟乙烯(ptfe)透气膜及其骨架上。在蒸镀的过程中金属会在脉络状纤维上形成一片金属骨架，进而使得ptfe-金属基底具有更好的导电性，同时，由于兼具强疏水性，使得氢气在金属催化剂表面吸附减弱，从而极大地降低了析氢反应的速率；此外，金属骨架还使得在电催化二氧化碳还原时电流分布更加均匀，大大提升催化剂在更高电流密度下对高价值产物的选择性，使超大电流密度下的二氧化碳电还原在工业上应用成为可能。

技术特征：

1.一种气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底，其特征在于：从下至上依次为ptfe透气膜层、纤维层和金属层；所述纤维层呈脉络状设于所述ptfe透气膜层的上层，脉络状的所述纤维层形成疏水骨架，所述金属层镀在所述ptfe透气膜层和所述疏水骨架的上层，所述金属层附在所述疏水骨架上形成金属骨架。

2.根据权利要求1所述的气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底，其特征在于：所述金属层为铜。

3.根据权利要求2所述的气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底的制备方法，其特征在于，在s2中，真空镀膜机的蒸发速率为热蒸发电流为85～110a；热蒸发真空室压强为5×10-5～9×10-5pa；热蒸发镀膜的厚度为300nm，由热蒸镀仪器内的晶振片控制；热蒸发基板温度为25～60℃。

5.根据权利要求1所述的一种气体扩散和导电性好的ptfe-金属基底在催化反应中作为催化剂的应用。

技术总结本发明属于金属基底制备技术领域，公开了一种气体扩散和导电性好的PTFE‑金属基底及其制备方法和应用，PTFE‑金属基底的结构从下至上依次为PTFE透气膜层、纤维层和金属层；所述纤维层呈脉络状设于所述PTFE透气膜层的上层，脉络状的所述纤维层形成疏水骨架，所述金属层镀在所述PTFE透气膜层和所述疏水骨架的上层，所述金属层附在所述疏水骨架上形成金属骨架；本发明解决了聚四氟乙烯透气膜导电性差以及直接采用金属作为二氧化碳电还原器件中的催化剂会伴随着严重的析氢反应，同时没有空隙将不利于气体的扩散的问题，适用于PTFE‑金属基底的制备。技术研发人员：傅俊伟,廖湘琼,资鑫,刘敏受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18