碳電極的制作方法

[專利摘要]描述了一種電解水的方法，包括以下步驟：通過(guò)用一種或多種離子液體處理碳材料以用來(lái)自離子液體的離子對(duì)碳材料的表面進(jìn)行功能化來(lái)制備碳電極。 該方法還包括用碳電極電解水的步驟。

【專利說(shuō)明】碳電極

[0001] 本申請(qǐng)要求優(yōu)先權(quán)，并且其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】

[0002] 本發(fā)明公開(kāi)了一種處理碳的方法。 該方法通過(guò)對(duì)碳的表面進(jìn)行改性，使碳適合用作電極。 在一些實(shí)施例中，表面改性導(dǎo)致改進(jìn)的功能特性，例如增強(qiáng)的反應(yīng)性、更大的表面積、改進(jìn)的電極性能。 還公開(kāi)了以此方式生產(chǎn)的碳電極。

[0003] 當(dāng)用作電極時(shí)，處理過(guò)的碳可以用于例如水的電解，從而取代鉬電極，但也可以在催化轉(zhuǎn)化器中得到應(yīng)用，再次取代鉬。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，經(jīng)處理的碳不限于此類應(yīng)用。

【背景技術(shù)】

[0004] 在水的電解中，在電解池的陰極（電極）處形成二氧化碳，并且在電解池的陽(yáng)極（電極）處形成二氧化碳。 需要更多的電力以過(guò)電勢(shì)的形式提供電解池的電極，以克服各種活化障礙，否則電解將順利進(jìn)行。 在用于電解水的電解池中，陽(yáng)極可由合適的惰性金屬例如鉬制成。 這種惰性金屬材料很昂貴。 據(jù)報(bào)道，在現(xiàn)有的電解池和電解方法中，競(jìng)爭(zhēng)性副反應(yīng)可能占主導(dǎo)地位，特別是在水底部存在鹽的情況下。

[0005] [背景技術(shù)]中任何文獻(xiàn)的引用并不構(gòu)成承認(rèn)這些技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員的一般知識(shí)的一部分。 前面的描述也不旨在限制本文公開(kāi)的方法的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文描述了一種電解水的方法。 該方法包括通過(guò)用一種或多種離子液體處理碳材料以用來(lái)自離子液體的離子功能化碳表面來(lái)制備碳電極的步驟。 一種或多種離子液體中的至少一種具有約10至約20的Λ[pKj]。該方法還包括用碳電極電解水的步驟。

[0007] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)“離子液體”是指僅由離子組成并且在低于水的沸點(diǎn)、優(yōu)選低至一定溫度時(shí)保持液態(tài)的物質(zhì)。 離子液體具有酸和堿成分。

[0008] 離子液體的酸和堿組分各自具有pKa。 基礎(chǔ)成分的 pKa 為 14-pKb。 酸組分和堿組分的pKa之差可用下式表示：

【權(quán)利要求】

1.一種電解水的方法，包括以下步驟：通過(guò)用一種或多種離子液體處理碳材料以用來(lái)自離子液體的離子功能化碳表面來(lái)制備碳電極，其中所述一種或多種離子液體中的至少一種具有約10至約20的Λ[pKj； 以及用碳電極電解水。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中制備碳電極的步驟包括：在電物理電池中電解碳材料，其中所述碳材料產(chǎn)生導(dǎo)電電極的至少一部分，并且其中所述一種或多種水性材料離子液體的堿液產(chǎn)生接觸導(dǎo)電電極的電解質(zhì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中制備碳電極的步驟包括：機(jī)械攪拌所述碳材料與所述一種或多種離子液體。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述機(jī)械攪拌包括研磨或高剪切混合。

5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述一種或多種離子液體以堿液水溶液的形式提供。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述制備碳電極的步驟進(jìn)行足夠的時(shí)間以確保所述碳電極的至少一部分表面包含選自以下的一種或多種化合物： -COOH、-CHO的氫鍵、-CO-、-、-OH、SO3'-CF、-NC2、NC3+。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述一種或多種離子液體中的至少一種包含選自以下的陰離子： 或，其中R是甲基或取代的甲基； ()_;(R-)-;()N-;()3C-;;()_和/或其混合物。

8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述一種或多種離子液體的所述至少一種陽(yáng)離子包含至少一個(gè)帶正電的氮原子。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述陽(yáng)離子包含含氮芳環(huán)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述含氮芳環(huán)包括吡啶鎓環(huán)。

11.根據(jù)權(quán)利要求9的方式，其中所述陽(yáng)離子具有以下結(jié)構(gòu)通式： I:？ 其中R 1 和R 2 獨(dú)立地選自氫和烴基，并且其中所述烴基是任選取代的甲基、或任選取代的環(huán)丙基、或任選取代的雜芳基。

12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述一種或多種離子液體包含1-丁基-3-羥基吡啶鎓三氟甲磺酸酯([BMM][])、1-甲基-3-?；拎と谆撬狨?[EMM][])。 ]) 或 1-丁基-3-羥吲哚三氟甲磺酸酯。

13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述Λ[pKj為約15至約20。

14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳材料包括炭黑、碳納米線、三維碳分子篩、活性炭、石墨、石墨烯、碳化物衍生的碳材料、碳納米管和巴克一個(gè)或多個(gè) ball()。

15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法還包括向所制備的碳電極的表面添加催化添加劑的步驟。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述催化添加劑包含貴金屬和/或鉬族金屬。

17.一種電解水的方法，包括通過(guò)用一種或多種離子液體處理所述碳材料以用來(lái)自所述離子液體的離子功能化所述碳材料的表面來(lái)制備碳電極的步驟，其中所述一種或多種或多種離子液體包含一種或多種選自RSO3-或RCOO-的陰離子，其中R是甲基或取代羰基； (); (;(;(;()3CT和/或其混合物；以及用碳電極電解水。

18. 一種制備用于水電解的碳電極的方法，該方法包括以下步驟： 在第一池中用一種或多種離子液體處理碳材料，以使用來(lái)自所述一種或多種離子液體的至少離子液體中的一種使碳材料的表面官能化，其中一種或多種離子液體中的至少一種的Δ[pKj為約10至約20。

19. 一種制備用于水電解的碳電極的方法，該方法包括以下步驟： 在第一池中用一種或多種離子液體處理碳材料以使所述碳官能化，所述一種或多種離子液體中的至少一種離子液體包含一種或多種選自以下的陰離子： 或，其中R是甲基或取代的甲基； ()-(CF 2 S(V) 2 ；() 2 ；( ；() 3 C 3 )和/或其混合物。

20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其中所述方法還包括使所述碳電極與第二池中的水接觸以電解水的步驟。

21.一種通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的用于電解的碳電極。

22.一種用于電解水的電解池，包括權(quán)利要求21的碳電極。

【文件號(hào)碼】/

【發(fā)表日期】2014年4月9日申請(qǐng)日期：2013年10月8日優(yōu)先權(quán)日：2012年10月4日

[發(fā)明人]趙川 申請(qǐng)人：新南方創(chuàng)新股份有限公司