【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氧气传感器，更具体地，涉及一种铂碳电极及其制备方法、氧泵型氧气传感器。
技术介绍
1、电化学型氧泵型氧气传感器利用电化学反应实现对氧气的检测，这类氧传感器具有灵敏度高、测量范围宽、响应速度快、可靠性高等优点，被广泛应用在工业、医疗、生物以及军事领域。由于含铅原电池型氧传感器无法达到rohs标准（《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》），其应用受到一定限制。因此，氧气泵/定电位电解氧泵型氧气传感器（oxygen pump technology/constant potential electrolytic oxygen sensor，或者称为氧泵型氧传感器）这类不含铅的无消耗型氧泵型氧气传感器应运而生。无消耗型无铅氧泵型氧气传感器大多是铂系催化剂电极，采用酸性电解液，工作电极相对参比电极-600mv偏压，其工作原理：基于电化学反应，通过微型毛细泵或透氧膜控制氧气扩散速率，进入传感器内部，在催化层的作用下发生催化反应产生电流，这个电流的大小与氧气浓度成正比，从而检测得到氧气浓度。所涉及的电化学反应过程有：
2、工作电极：o2 +4h+ +4e- =2h2o
3、对电极： 2h2o =o2 +4h+ +4e-
4、从以上的电化学反应过程来看，电极和电解质没有消耗，传感器内部没有反应物积累，因此原理上此类传感器使用寿命长，一般大于5年，并且性能更稳定，不会随着使用时间的增加而发生响应时间变长或者灵敏度降低的现象，而且这类无消耗型无铅氧泵型氧气传感器的低温性能佳，避免了铅的使用
5、因此，亟需开发一种氧泵型氧气传感器，在保证高电极催化活性的同时，检测0-100%氧气浓度时的输出电流信号与对应氧气浓度具有良好的线性关系，即兼顾灵敏度和线性度。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种铂碳电极及其制备方法、氧泵型无铅氧泵型氧气传感器。本专利技术提供的铂碳电极通过调整配方，不仅提高了对氧气的灵敏度，进一步利用铂碳电极装配氧泵型氧气传感器，检测0-100%氧气浓度时的输出电流信号与对应氧气浓度具有良好的线性关系，能够兼顾灵敏度和线性度。
2、本专利技术的第一方面提供一种铂碳电极。
3、具体地，一种铂碳电极，包括如下原料组分：铂碳、铂族金属和/或铂族金属氧化物、聚合物乳液，所述铂碳包括金属铂和石墨，所述聚合物乳液中含有壳聚糖、交联剂和第一粘接剂。
4、氧泵型氧气传感器的阴极发生析氧反应（oer），铂族金属和/或铂族金属氧化物是电极的主要催化活性成分，对电极析氧反应具有催化活性，但是铂族金属和/或铂族金属氧化物（尤其是ru或者ruo2）很难稳定地和铂碳结合在一起，容易导致氧泵型氧气传感器性能不稳定，影响线性度。因此，本专利技术在铂碳电极中添加了壳聚糖和交联剂，壳聚糖虽然本身不溶于水，但在交联剂的作用下，壳聚糖发生交联反应后其亲疏水性也发生变化，交联后的壳聚糖能够与第一粘接剂很好地结合，从而提升吸附铂族金属和/或铂族金属氧化物的能力，使铂碳和铂族金属和/或铂族金属可以更好地结合在一起，起到提高催化析氧反应以及稳定反应电流的效果。因此，将铂族金属和/或铂族金属氧化物、壳聚糖、交联剂、第一粘接剂负载在铂碳电极上，可以提升电极oer催化效果，电极灵敏度得到提高，而且铂碳电极整体线性度较高，在0-100%氧气浓度范围的输出电流信号与对应氧气浓度具有良好的线性关系。另外，第一粘接剂有助于提高电极的化学稳定性，以及起到质子传导作用。
5、优选地，按照质量份计，所述铂碳电极包括如下原料组分：
6、铂碳 20-90份、
7、铂族金属和/或铂族金属氧化物 1-10份、
8、聚合物乳液 1-20份。
9、进一步优选地，按照质量份计，所述铂碳电极包括如下原料组分：
10、铂碳 75-80份、
11、铂族金属和/或铂族金属氧化物 2-4份、
12、聚合物乳液 18-20份。
13、优选地，所述铂族金属为ru（钌）、铱（ir）、钯（pd）中的至少一种。
14、优选地，所述铂族金属氧化物为ruo2、iro2、pdo中的至少一种。
15、优选地，按照质量百分数计，所述聚合物乳液中含有1-10wt%壳聚糖、1-20wt%交联剂、1-20wt%第一粘接剂。
16、进一步优选地，按照质量百分数计，所述聚合物乳液中含有2-5wt%壳聚糖、3-5wt%交联剂、5-8wt%第一粘接剂。
17、优选地，所述交联剂为醛类物质、杂环化合物、酸类物质中的至少一种。
18、优选地，所述醛类物质为戊二醛和/或乙二醛。
19、优选地，所述杂环化合物为环氧氯丙烷。
20、优选地，所述酸类物质为多元羧酸。
21、优选地，所述第一粘接剂为聚全氟磺酸树脂（pfsa）和/或聚四氟乙烯乳液（ptfe）。
22、优选地，所述聚合物乳液中还含有溶剂，所述溶剂为乙二醇和/或丙三醇。
23、优选地，所述铂碳中金属铂的质量分数为50-70%。
24、进一步优选地，所述铂碳中金属铂的质量分数为60-65%。
25、本专利技术的第二方面提供一种铂碳电极的制备方法。
26、一种铂碳电极的制备方法，包括如下步骤：
27、（1）先利用壳聚糖、交联剂和第一粘接剂混合，配制得到聚合物乳液；
28、（2）在保护气体氛围中，将铂碳、铂族金属和/或铂族金属氧化物、步骤（1）制得聚合物乳液混合，热压成型，制得所述铂碳电极。
29、优选地，步骤（1）中，先将壳聚糖和交联剂溶于溶剂中，然后再加入第一粘接剂，混合均匀后配制得到聚合物乳液。
30、优选地，步骤（2）中，所述热压的温度为150-200℃，和/或所述热压的压力为1000-2000psi，和/或所述热压的时间为1-10s。
31、进一步优选地，步骤（2）中，所述热压的温度为180-190℃，和/或所述热压的压力为1500-1800psi，和/或所述热压的时间为5-8s。
32、优选地，步骤（2）中，所述保护气体为氮气。
33、本专利技术的第三方面提供一种铂碳电极的应用。
34、一种铂碳电极在氧气检测领域中的应用。
35、一种氧泵型氧气传感器，包括工作电极、参比电极和对电极，所述参比电极和对电极均为所述铂碳电极，所述工作电极为铂黑电极。
【技术保护点】
1.一种铂碳电极，其特征在于，包括如下原料组分：铂碳、铂族金属和/或铂族金属氧化物、聚合物乳液，所述铂碳包括金属铂和石墨，所述聚合物乳液中含有壳聚糖、交联剂和第一粘接剂。
2.根据权利要求1所述的铂碳电极，其特征在于，按照质量份计，所述铂碳电极包括如下原料组分：
3.根据权利要求1所述的铂碳电极，其特征在于，按照质量百分数计，所述聚合物乳液中含有1-10wt%壳聚糖、1-20wt%交联剂、1-20wt%第一粘接剂。
4.根据权利要求1所述的铂碳电极，其特征在于，所述交联剂为醛类物质、杂环化合物、酸类物质中的至少一种。
5.权利要求1-4任一项所述的铂碳电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述热压的温度为150-200℃，和/或所述热压的压力为1000-2000psi，和/或所述热压的时间为1-10s。
7.权利要求1-4任一项所述的铂碳电极在氧气检测领域中的应用。
8.一种氧泵型氧气传感器，其特征在于，包括工作电极、参比电极和对电
9.根据权利要求8所述的氧泵型氧气传感器，其特征在于，所述铂黑电极包括如下原料组分：铂黑和第二粘接剂。
10.一种设备，其特征在于，包括权利要求8或9所述的氧泵型氧气传感器，所述设备包括呼吸机、孵化设备、育婴箱、煤矿气体检测设备、氧气检测设备、废气检测设备中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种铂碳电极，其特征在于，包括如下原料组分：铂碳、铂族金属和/或铂族金属氧化物、聚合物乳液，所述铂碳包括金属铂和石墨，所述聚合物乳液中含有壳聚糖、交联剂和第一粘接剂。
2.根据权利要求1所述的铂碳电极，其特征在于，按照质量份计，所述铂碳电极包括如下原料组分：
3.根据权利要求1所述的铂碳电极，其特征在于，按照质量百分数计，所述聚合物乳液中含有1-10wt%壳聚糖、1-20wt%交联剂、1-20wt%第一粘接剂。
4.根据权利要求1所述的铂碳电极，其特征在于，所述交联剂为醛类物质、杂环化合物、酸类物质中的至少一种。
5.权利要求1-4任一项所述的铂碳电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，
申请(专利权)人：深圳市美好创亿医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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