金刚石电极及其制备方法、电催化装置

本申请涉及电催化领域，尤其涉及一种金刚石电极、金刚石电极的制备方法及电催化装置。

背景技术：

1、近年来，金刚石电极由于其较高的电化学氧化电位、稳定的化学性质和抗腐蚀性、以及宽电势窗口、高析氧过电位等优点，在电化学应用研究方面受到了国内外的广泛关注。

2、然而，金刚石电极在实际应用过程中仍然面临诸多问题，特别是现有金刚石电极在使用过程中由于电化学腐蚀、膜层应力释放等原因容易造成金刚石膜层与基材脱落的问题，严重甚至会造成金刚石电极的基材直接腐蚀溶解。因此，上述问题极大地降低了金刚石电极的使用寿命，也间接增加了金刚石电极的更换成本。

技术实现思路

1、本申请提供了一种金刚石电极，旨在提高金刚石电极的使用寿命以及工作效率。

2、为实现上述目的，本申请提供一种金刚石电极，包括：

3、基板；

4、第一绝缘层，所述第一绝缘层形成在所述基板上，并包覆所述基板；

5、第一电传导层和第二电传导层，所述第一电传导层以及所述第二电传导层形成在所述第一绝缘层上，所述第一电传导层包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域电连接，所述第二电传导层包括第三区域和第四区域，所述第三区域和所述第四区域电连接；

6、第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设置于所述第一电传导层的第一区域，所述第二电极层设置于所述第二电传导层的第三区域，所述第一电极层和所述第二电极层包括金刚石；

7、第二绝缘层，所述第二绝缘层包覆所述第一绝缘层、所述第一电传导层、所述第二电传导层、所述第一电极层和所述第二电极层，所述第二绝缘层具有第一窗口、第二窗口、第三窗口和第四窗口，所述第一窗口对应所述第一电极层，所述第一电极层的至少部分上表面暴露于所述第一窗口，所述第三窗口对应所述第二电极层，所述第二电极层的至少部分下表面暴露于所述第三窗口；密封层，所述密封层包覆所述第二绝缘层，所述密封层包括第五窗口、第六窗口、第七窗口以及第八窗口，所述第五窗口对应所述第一电极层，所述第一电极层的至少部分上表面暴露于所述第五窗口，所述第二窗口和所述第六窗口用于所述第一电传导层的第二区域电连接外电路，所述第七窗口对应于所述第二电极层，所述第二电极层的至少部分下表面暴露于所述第七窗口，所述第四窗口和所述第八窗口用于所述第二电传导层的第四区域电连接外接电路。

8、为实现上述目的，本申请还提供一种金刚石电极的制备方法，用于制备任一项所述的金刚石电极，包括：

9、提供一基板；

10、在所述基板上形成第一绝缘层，所述第一绝缘层包覆所述基板；

11、在所述第一绝缘层上形成第一电传导层和第二电传导层，所述第一电传导层包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域电连接，所述第二电传导层包括第三区域和第四区域，所述第三区域和所述第四区域电连接；

12、在所述第一电传导层的第一区域设置第一电极层，在所述第二电传导层的第三区域设置第二电极层，所述第一电极层和所述第二电极层包括金刚石；

13、在所述第一绝缘层、所述第一电传导层、所述第二电传导层、所述第一电极层和所述第二电极层上形成第二绝缘层，所述第二绝缘层具有第一窗口、第二窗口、第三窗口和第四窗口，所述第一窗口对应所述第一电极层，所述第一电极层的至少部分上表面暴露于所述第一窗口，所述第三窗口对应所述第二电极层，所述第二电极层的至少部分下表面暴露于所述第三窗口；

14、在所述第二绝缘层上形成密封层，所述密封层包括第五窗口、第六窗口、第七窗口以及第八窗口，所述第五窗口对应所述第一电极层，所述第一电极层的至少部分上表面暴露于所述第五窗口，所述第二窗口和所述第六窗口用于所述第一电传导层的第二区域电连接外电路，所述第七窗口对应于所述第二电极层，所述第二电极层的至少部分下表面暴露于所述第七窗口，所述第四窗口和所述第八窗口用于所述第二电传导层的第四区域电连接外接电路。

15、为实现上述目的，本申请还提供一种电催化装置，包括本申请实施例任一项所述的金刚石电极或本申请实施例所述的金刚石电极的制备方法制备得到的金刚石电极。

16、本申请实施例公开的金刚石电极以及金刚石电极的制备方法，其中，金刚石电极包括基板，第一绝缘层、第一电传导层和第二电传导层、第一电极层和第二电极层、第二绝缘层、密封层。第一绝缘层形成在基板上，并包覆基板；第一电传导层以及第二电传导层形成在第一绝缘层上，第一电传导层包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域电连接，第二电传导层包括第三区域和第四区域，第三区域和所述第四区域电连接；第一电极层设置于第一电传导层的第一区域，第二电极层设置于第二电传导层的第三区域，第一电极层和第二电极层包括金刚石；第二绝缘层包覆第一绝缘层、第一电传导层、第二电传导层、第一电极层和第二电极层，第二绝缘层具有第一窗口、第二窗口、第三窗口和第四窗口，第一窗口对应第一电极层，第一电极层的至少部分上表面暴露于第一窗口，第三窗口对应第二电极层，第二电极层的至少部分下表面暴露于第三窗口；密封层包覆第二绝缘层，密封层包括第五窗口、第六窗口、第七窗口以及第八窗口，第五窗口对应第一电极层，第一电极层的至少部分上表面暴露于第五窗口，第二窗口和第六窗口用于第一电传导层的第二区域电连接外电路，第七窗口对应于第二电极层，第二电极层的至少部分下表面暴露于第七窗口，第四窗口和第八窗口用于第二电传导层的第四区域电连接外接电路。相较于现有技术而言，本申请所制备得到的金刚石能够有效的阻止电子和溶液到达基板，避免基板的上表面和侧面发生电化学腐蚀，进而有效保护基板以提高金刚石电极的使用寿命和使用效率。

技术特征：

1.一种金刚石电极，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的金刚石电极，其特征在于，所述金刚石电极还包括结构增强层，所述结构增强层包覆所述密封层，所述结构增强层包括第九窗口、第十窗口、第十一窗口和第十二窗口，所述第九窗口对应所述第一电极层，所述第一电极层的至少部分上表面暴露于所述第九窗口，所述第二窗口、所述第六窗口和第十窗口用于所述第一电传导层的第二区域电连接外电路，所述第十一窗口对应所述第二电极层，所述第二电极层的至少部分下表面暴露于所述第十一窗口，所述第四窗口、所述第八窗口和所述第十二窗口用于所述第二电传导层的第四区域电连接外接电路。

3.根据权利要求1所述的金刚石电极，其特征在于，所述金刚石电极还包括连接端子，所述连接端子电连接并设置于所述第一电传导层的第二区域和所述第二电传导层的第四区域，所述第一电传导层的第二区域和所述第二电传导层的第四区域分别用于通过所述连接端子电连接外电路。

4.根据权利要求1所述的金刚石电极，其特征在于，所述第一绝缘层包括非晶材料；和/或，

5.根据权利要求1所述的金刚石电极，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层包括氮掺杂金刚石、硼掺杂金刚石的一种或几种组合；和/或，

6.根据权利要求1所述的金刚石电极，其特征在于，所述第二绝缘层包覆所述第一电极层和所述第二电极层的边缘区域，位于所述边缘区域的所述第二绝缘层的宽度为1μm-50μm。

7.根据权利要求1所述的金刚石电极，其特征在于，所述密封层包覆所述第一电极层和所述第二电极层的边缘区域，位于所述边缘区域的所述密封层的宽度为0.6mm-3mm，和/或，所述密封层的厚度为0.6mm-3mm；相邻所述窗口之间的所述密封层宽度为0.15mm-3mm。

8.根据权利要求2所述的金刚石电极，其特征在于，所述第二绝缘层以及所述结构增强层包括高分子材料，所述结构增强层覆所述第一电极层和所述第二电极层的边缘区域，位于所述边缘区域的所述结构增强层的宽度为1mm-5mm，和/或，所述第二绝缘层的厚度为0.6mm-3mm；相邻所述窗口之间的所述第二绝缘层宽度为0.5mm-4mm。

9.一种金刚石电极的制备方法，其特征在于，包括：

10.一种电催化装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的金刚石电极或权利要求9所述的金刚石电极的制备方法制备得到的金刚石电极。

技术总结本发明实施例提供一种金刚石电极、金刚石电极的制备方法和电催化装置，金刚石电极包括基板；第一绝缘层，第一绝缘层形成在基板上，并包覆基板；第一电传导层和第二电传导层，第一电传导层以及第二电传导层形成在第一绝缘层上；第一电极层和第二电极层，第一电极层设置于第一电传导层的第一区域，第二电极层设置于第二电传导层的第三区域；第二绝缘层，第二绝缘层包覆第一绝缘层、第一电传导层、第二电传导层、第一电极层和第二电极层；密封层，密封层包覆第二绝缘层。本申请实施例旨在提高金刚石电极的使用寿命以及工作效率。技术研发人员：黄江涛,何斌,韩培刚,张宗雁受保护的技术使用者：深圳技术大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9