有序化膜电极的制备方法、工作电极和氧气传感器与流程

本申请涉及电化学传感器，尤其是涉及一种有序化膜电极的制备方法、工作电极和氧气传感器。

背景技术：

1、氧气是人类赖以生存的重要物质。正常情况下，空气中的氧气浓度是20.9％左右，人类在19.5％-23.5％的氧气浓度范围内均可以正常生活。当低于这个范围时，人会感到疲劳和无力。当高于这个范围时，人则会出现咽喉肿痛，胸痛等情况。因此，氧气的监测对于人的身心健康是非常重要的，尤其是对于矿产开采、能源化工等行业的从事人员。氧气浓度的降低或升高会带来致命的风险。

2、在氧气的各类检测方法中，电化学传感器因为其灵敏度高、操作简单，响应快等优势而备受青睐。电化学氧气传感器通过检测氧气在电极表面发生氧化还原反应所引起的电信号改变来实现对氧气浓度的监测。电化学氧气传感器一般由工作电极、参比电极和对电极组成，其研发核心在于工作电极对氧气的响应是否灵敏。电化学氧气传感器工作电极多采用pt作为催化剂，且为了提高检测灵敏度，工作电极的pt用量都极高。

3、目前，工作电极通常采用通过印刷方式将pt纳米粒子固化在电极催化层上。但印刷方法制备的传统电极，其催化层上的pt纳米粒子之间呈现无序堆叠的状态，该状态下的pt催化效率低。因此，开发一种pt载量低、利用率高的工作电极对于电化学氧气传感器的研发具有重要的实际意义。

技术实现思路

1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种有序化膜电极的制备方法、工作电极和氧气传感器，能够提高电极上pt的利用率，从而可以在控制工作电极上pt用量的同时，也保障电极检测的灵敏度。

2、根据本申请的第一方面实施例的有序化膜电极的制备方法，包括：

3、向aao模板的孔道中注入第一pfsa乳液，并放置第一时长；

4、在aao模板的表面涂覆第二pfsa乳液，并放置第二时长；

5、去除该aao模板，得到pfsa阵列膜；

6、将该pfsa阵列膜浸入去离子水中，并依次加入氯铂酸和还原剂，静置第三时长后洗涤干燥，得到有序化膜电极。

7、在一些可能的实现方式中，该在向aao模板的孔道中注入第一pfsa乳液，并放置第一时长的步骤之前，该制备方法还可以包括：

8、对该aao模板采用超声清洗及干燥处理。

9、在一些可能的实现方式中，在向aao模板的孔道中注入第一pfsa乳液，并放置第一时长的步骤之前，该制备方法还可以包括：

10、将该aao模板浸泡在十二烷基磺酸钠溶液中第四时长后，进行干燥处理。

11、在一些可能的实现方式中，该在aao模板的表面涂覆第二pfsa乳液，并放置第二时长的步骤，可以包括：

12、将该aao模板置于玻片之上，在aao模板的表面分次滴加该第二pfsa乳液；

13、依次在不同温度梯度下静置该第二时长。

14、在一些可能的实现方式中，该向aao模板的孔道中注入第一pfsa乳液，并放置第一时长的步骤可以包括：

15、在负压环境下，将该aao模板孔道开口的一面朝下置于该第一pfsa乳液中，以使该第一pfsa乳液被吸入该aao模板的孔道中；

16、在预设温度下静置该aao模板该第一时长。

17、在一些可能的实现方式中，该第一pfsa乳液内含有十二烷基磺酸钠成分。

18、在一些可能的实现方式中，该去除该aao模板，得到pfsa阵列膜的步骤可以包括：

19、将该aao模板置于反应液中，去除该aao模板，得到该pfsa阵列膜，该反应液为naoh溶液、磷酸溶液、或者盐酸及氯化铜的混合溶液。

20、在一些可能的实现方式中，在将该aao模板置于反应液中，去除该aao模板，得到该pfsa阵列膜的步骤之后，在将该pfsa阵列膜浸入去离子水中，并依次加入氯铂酸和还原剂，静置第三时长后洗涤干燥，得到有序化膜电极的步骤之前，该制备方法还可以包括：

21、将该pfsa阵列膜置于清洗液中洗涤后晾干。

22、根据本申请的第二方面实施例的工作电极，该工作电极采用本申请第一方面实施例中及任一可选的实现方式中该的制备方法制备。

23、根据本申请的第三方面实施例的氧气传感器，该氧气传感器包括工作电极、参比电极和对电极，该工作电极采用本申请第一方面实施例中及任一可选的实现方式中该的制备方法制备。

24、根据本申请实施例的有序化膜电极的制备方法、工作电极和氧气传感器，至少具有如下有益效果：

25、本申请实施例提供的有序化膜电极的制备方法，该制备方法具体通过aao模板来制备具有pfsa阵列的有序化膜电极，并在有序化膜电极的表面附着pt纳米粒子，从而可以作为电化学氧传感器的工作电极使用。其中，依据该制备方法所制备的有序化膜电极的表面具有垂直取向的pfsa阵列的有序结构，在同等电极尺寸下，由于该有序结构的存在，该有序化膜电极相比传统工作电极拥有更高的比表面积。并且，传统工作电极的催化层为无序堆叠的结构，而该有序化膜电极的有序结构可以使pt纳米粒子暴露更多的催化活性位点，增强了导电性，因此该有序化膜电极可以提高pt催化剂的利用效率，从而在控制pt催化剂载量的同时，增加电化学活性面积，提高催化总活性。

26、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种有序化膜电极的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述向aao模板的孔道中注入第一pfsa乳液，并放置第一时长的步骤之前，所述制备方法还包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述向aao模板的孔道中注入第一pfsa乳液，并放置第一时长的步骤之前，所述制备方法还包括：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述aao模板的表面涂覆第二pfsa乳液，并放置第二时长的步骤，包括：

5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述向aao模板的孔道中注入第一pfsa乳液，并放置第一时长的步骤，包括：

6.根据权利要求1、2或4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一pfsa乳液内含有十二烷基磺酸钠成分。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述aao模板，得到pfsa阵列膜的步骤包括：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述将所述aao模板置于反应液中，去除所述aao模板，得到所述pfsa阵列膜的步骤之后，在所述将所述pfsa阵列膜浸入去离子水中，并依次加入氯铂酸和还原剂，静置第三时长后洗涤干燥，得到有序化膜电极的步骤之前，所述制备方法还包括：

9.一种工作电极，其特征在于，所述工作电极采用如权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备。

10.一种氧气传感器，其特征在于，所述氧气传感器包括工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极采用如权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备。

技术总结本申请涉及电化学传感器技术领域，尤其是涉及一种有序化膜电极的制备方法，包括：向阳极氧化铝AAO模板的孔道中注入第一全氟磺酸树脂PFSA乳液，并放置第一时长；在AAO模板的表面涂覆第二PFSA乳液，并放置第二时长；去除AAO模板，得到PFSA阵列膜；将PFSA阵列膜浸入去离子水中，并依次加入氯铂酸和还原剂，静置第三时长后洗涤干燥，得到有序化膜电极。除此之外，本申请还提供了一种工作电极和氧气传感器。本申请的实施例，能够提高电极上Pt的利用率，从而可以在控制工作电极上Pt用量的同时，也保障电极检测的灵敏度。技术研发人员：包峻铭受保护的技术使用者：深圳市美好创亿医疗科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25