一种催化电极墨水及其制备方法、催化电极制备方法技术

本发明专利技术公开了一种催化电极墨水及其制备方法、催化电极制备方法，涉及一种气体传感器，其目的在于解决现有技术中存在的催化电极制备一致性差、电极开裂脱落的问题。在催化电极墨水中添加稳定剂和分散剂，墨水均匀性更好，在电极制备过程中粘结剂不易提前聚合，粘结剂可有效部分渗透在透气膜微孔中，干燥后电极与透气膜结合的更好，电极进一步的不会开裂和脱落；催化电极墨水包括了多种沸点的可蒸发液体，电极干燥收缩时产生的应力可以逐步释放，避免了干燥中电极开裂和脱落现象发生，有利于实现电极图案的快速制备；催化电极是让墨水通过具有一定形状图案的薄片，涂覆在具有10

【技术实现步骤摘要】
一种催化电极墨水及其制备方法、催化电极制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，涉及一种气体传感器，尤其涉及一种气体传感器中的催化电极墨水及其制备方法以及催化电极制备方法。

技术介绍

[0002]大气污染是全球统一关注的热点问题，气体传感器技术可实现对环境大气的实时监测，有利于环境保护和人体健康保护。随着环境保护要求的提高和物联网人工智能技术的推动，气体传感器得到了空前发展。液体电解质气体传感器因其结构简单、易微型化、常温快速测定而被广泛应用。通常，被检测气体会通过传感器的扩散小孔达到传感器催化电极，在催化电极中发生电化学反应产生电信号，通过对电信号进一步解析则可实现对被检测气体的实时监测。
[0003]现有技术中，催化电极的制备效果直接影响传感器的各种性能，包括响应性能、电极开裂和一致性。
[0004]申请号为201711045582.5的专利技术专利申请就公开了一种电化学气体传感器的催化电极制备方法，其包括以下步骤：A：将铂催化剂加入电阻率大于18兆欧厘米去离子水配置重量百分比为2％
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4％铂催化剂悬浊液等步骤，利用自行制备的铂催化剂，采用气体喷枪将其喷涂到聚四氟乙烯基底膜上，通过各项处理，制备出电化学气体传感器所需催化电极。与现有丝网印刷相比，本专利技术用去离子水配制出2～4％的催化剂悬浮液，采用高纯氮气将悬浮液喷涂到聚四氟透气膜上制备出催化电极，但悬浮液的催化剂含量较低，制备的催化电极厚度一致性差、电极内阻过大，影响传感器的灵敏度和一致性。
[0005]又如，申请号为201410661087.7的专利技术专利申请就公开了一种电化学一氧化碳气体传感器电极的制备方法，其电极所使用的催化剂为超导碳负载氧化铈
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氧化铜(CeO
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CuO)催化剂，基材为全氟磺酸离子交换膜(Nafion膜)，Ce(NO3)3
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6H2O/Cu(NO3)2
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3H2O、草酸转移至烧杯中；球磨，干燥，称取相同质量的超导碳，滴入的氨水，搅拌，水浴，烧杯中的胶体变干取出；保温，研磨，向其中加入5％的Nafion溶液，便制成了催化剂材料，把该催化剂均匀涂抹至防水透气膜上；把处理过的Nafion膜放入水浴；把涂有催化剂的防水透气膜和采用相同方法制作的参比电极和对电极贴在Nafion膜上热压，热压后室温下放置，这样便制成了电化学一氧化碳气体传感器电极。本专利技术将催化剂与水、粘结剂搅拌混合形成浆料并在在防水透气膜上制备出电极，该方法粘结剂易提前聚合导致粘结效果降低，使制备的电极从透气膜上脱落或开裂造成电极制备失败。
[0006]为此，有必要提供一种一致性更好、电极不易开裂脱落的催化电极墨水。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于：为了解决现有技术中存在的催化电极制备一致性差、电极开裂脱落的问题，本申请提出了一种催化电极墨水及其制备方法、催化电极制备方法。
[0008]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0009]一种催化电极墨水，所述墨水由催化剂、溶剂、分散剂、稳定剂、粘结剂组成；
[0010]催化剂为含有多孔导电载体和对气体具有催化反应作用的纳米金属催化材料的催化剂；
[0011]其中，分散剂、稳定剂、粘结剂、溶剂的重量份为1～3:0.1～2:5～20:75～90，按比例将分散剂、稳定剂、粘结剂加入溶剂中混合得到溶液；
[0012]催化剂与溶液的质量比为10～30:70～90，按比例将催化剂与溶液混合制得催化电极墨水。
[0013]进一步地，多孔导电载体为碳基材料，纳米金属催化材料的尺寸小于20纳米。
[0014]进一步地，溶剂包括水和有机液体，其中有机液体含量大于80％；
[0015]有机液体包括沸点在75
‑
250℃的一元醇和二元醇中的至少一种、和/或沸点在150
‑
200℃的水溶性有机液体中的至少一种。
[0016]更进一步地，一元醇和二元醇包括乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、戊醇、异戊醇；
[0017]水溶性有机液体包括N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
‑
甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚。
[0018]进一步地，分散剂为油酸钠、磺酸钠、聚乙二醇
‑
200、聚乙二醇
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400、聚乙二醇辛基苯基醚中的任意一种或至少两种的组合；
[0019]稳定剂为对苯二酚、叔丁基邻苯二酚、三乙胺、对苯酚单丁醚中的任意一种或至少两种的组合；
[0020]粘结剂为含氟乙烯聚合物、含氟磺酸基聚合物、羧甲基纤维素及盐、丙烯酸聚合物中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]一种催化电极墨水的制备方法，包括如下步骤：
[0022]将多孔导电载体和对气体具有催化反应作用的纳米金属催化材料加入到一元醇与水的混合物中，在氮气保护下进行搅拌，于80
‑
250℃下蒸干一元醇和水，制得催化剂；
[0023]分别溶解或稀释分散剂、稳定剂、粘结剂，得到三种溶液，再按比例将三种溶液混合，制得溶剂；
[0024]按比例将制得的催化剂与制得的溶剂进行混合，使催化剂与溶剂分散均匀，制得催化电极墨水。
[0025]进一步地，包括如下步骤：在混合催化剂与溶剂时，采用高速剪切或辊磨的方式使催化剂与溶剂分散均匀。
[0026]一种催化电极制备方法，包括如下步骤：
[0027]将采用上述制备方法制得的催化电极墨水通过具有一定形状图案的薄片涂覆在透气薄膜上；
[0028]将涂覆有催化电极墨水的透气薄膜转移至干燥箱进行干燥，制得催化电极。
[0029]进一步地，透气薄膜为具有10
‑
200微米微孔的透气薄膜，气体穿过透气薄膜时被催化电极捕获，并在纳米金属催化材料的作用下发生氧化或还原反应。
[0030]进一步地，将透气薄膜转移至干燥箱进行干燥时，在150
‑
200℃下进行真空干燥。
[0031]本专利技术的有益效果如下：
[0032]1、本专利技术制备的催化电极墨水通过稳定剂和分散剂的添加，墨水均匀性更好，在
电极制备过程中粘结剂不易提前聚合，粘结剂可有效部分渗透在透气膜微孔中，干燥后电极与透气膜结合的更好，电极进一步的不会开裂和脱落，更利于捕获被测气体并迅速发生反应，提升了传感器的灵敏度和响应速度。
[0033]2、本专利技术制备的催化电极墨水包括了多种沸点的可蒸发液体，电极干燥收缩时产生的应力可以逐步释放，进一步避免了干燥中电极开裂和脱落现象发生，同时墨水中有机液体含量大于80％，墨水的表面张力小，更容易附着在透气薄膜上，有利于实现电极图案的快速制备。
[0034]3、本专利技术制备的催化电极是让墨水通过具有一定形状图案的薄片，涂覆在具有10<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化电极墨水，其特征在于，所述墨水由催化剂、溶剂、分散剂、稳定剂、粘结剂组成；催化剂为含有多孔导电载体和对气体具有催化反应作用的纳米金属催化材料的催化剂；其中，分散剂、稳定剂、粘结剂、溶剂的重量份为1～3:0.1～2:5～20:75～90，按比例将分散剂、稳定剂、粘结剂加入溶剂中混合得到溶液；催化剂与溶液的质量比为10～30:70～90，按比例将催化剂与溶液混合制得催化电极墨水。2.如权利要求1所述的一种催化电极墨水，其特征在于：多孔导电载体为碳基材料，纳米金属催化材料的尺寸小于20纳米。3.如权利要求1所述的一种催化电极墨水，其特征在于：溶剂包括水和有机液体，其中有机液体含量大于80％；有机液体包括沸点在75
‑
250℃的一元醇和二元醇中的至少一种、和/或沸点在150
‑
200℃的水溶性有机液体中的至少一种。4.如权利要求3所述的一种催化电极墨水，其特征在于：一元醇和二元醇包括乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、戊醇、异戊醇；水溶性有机液体包括N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、乙二醇丙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚。5.如权利要求1所述的一种催化电极墨水，其特征在于：分散剂为油酸钠、磺酸钠、聚乙二醇
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200、聚乙二醇
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400、聚乙二醇辛基苯基醚中的任意一种或至少两种的组合；稳定剂为对苯二酚、叔...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚靖博，汪建德，苏寒雨，李凤娟，吴呈昊，
申请(专利权)人：四川久远智能消防设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：