碳电极的制作方法
[专利摘要]描述了一种电解水的方法，包括以下步骤：通过用一种或多种离子液体处理碳材料以用来自离子液体的离子对碳材料的表面进行功能化来制备碳电极。 该方法还包括用碳电极电解水的步骤。
【专利说明】碳电极
[0001] 本申请要求优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
【技术领域】
[0002] 本发明公开了一种处理碳的方法。 该方法通过对碳的表面进行改性，使碳适合用作电极。 在一些实施例中，表面改性导致改进的功能特性，例如增强的反应性、更大的表面积、改进的电极性能。 还公开了以此方式生产的碳电极。
[0003] 当用作电极时，处理过的碳可以用于例如水的电解，从而取代钼电极，但也可以在催化转化器中得到应用，再次取代钼。 然而，应当理解，经处理的碳不限于此类应用。
【背景技术】
[0004] 在水的电解中，在电解池的阴极（电极）处形成二氧化碳，并且在电解池的阳极（电极）处形成二氧化碳。 需要更多的电力以过电势的形式提供电解池的电极，以克服各种活化障碍，否则电解将顺利进行。 在用于电解水的电解池中，阳极可由合适的惰性金属例如钼制成。 这种惰性金属材料很昂贵。 据报道，在现有的电解池和电解方法中，竞争性副反应可能占主导地位，特别是在水底部存在盐的情况下。
[0005] [背景技术]中任何文献的引用并不构成承认这些技术是本领域技术人员的一般知识的一部分。 前面的描述也不旨在限制本文公开的方法的应用。
【发明内容】
[0006] 本文描述了一种电解水的方法。 该方法包括通过用一种或多种离子液体处理碳材料以用来自离子液体的离子功能化碳表面来制备碳电极的步骤。 一种或多种离子液体中的至少一种具有约10至约20的Λ[pKj]。该方法还包括用碳电极电解水的步骤。
[0007] 如本文所用，术语“离子液体”是指仅由离子组成并且在低于水的沸点、优选低至一定温度时保持液态的物质。 离子液体具有酸和碱成分。
[0008] 离子液体的酸和碱组分各自具有pKa。 基础成分的 pKa 为 14-pKb。 酸组分和碱组分的pKa之差可用下式表示：
【权利要求】
1.一种电解水的方法，包括以下步骤：通过用一种或多种离子液体处理碳材料以用来自离子液体的离子功能化碳表面来制备碳电极，其中所述一种或多种离子液体中的至少一种具有约10至约20的Λ[pKj； 以及用碳电极电解水。
2.根据权利要求1所述的方法，其中制备碳电极的步骤包括：在电物理电池中电解碳材料，其中所述碳材料产生导电电极的至少一部分，并且其中所述一种或多种水性材料离子液体的碱液产生接触导电电极的电解质。
3.根据权利要求1所述的方法，其中制备碳电极的步骤包括：机械搅拌所述碳材料与所述一种或多种离子液体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述机械搅拌包括研磨或高剪切混合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种离子液体以碱液水溶液的形式提供。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述制备碳电极的步骤进行足够的时间以确保所述碳电极的至少一部分表面包含选自以下的一种或多种化合物： -COOH、-CHO的氢键、-CO-、-、-OH、SO3'-CF、-NC2、NC3+。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述一种或多种离子液体中的至少一种包含选自以下的阴离子： 或，其中R是甲基或取代的甲基； ()_;(R-)-;()N-;()3C-;;()_和/或其混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种离子液体的所述至少一种阳离子包含至少一个带正电的氮原子。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述阳离子包含含氮芳环。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述含氮芳环包括吡啶鎓环。
11.根据权利要求9的方式，其中所述阳离子具有以下结构通式： I:？ 其中R 1 和R 2 独立地选自氢和烃基，并且其中所述烃基是任选取代的甲基、或任选取代的环丙基、或任选取代的杂芳基。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种离子液体包含1-丁基-3-羟基吡啶鎓三氟甲磺酸酯([BMM][])、1-甲基-3-酰基吡啶三氟甲磺酸酯([EMM][])。 ]) 或 1-丁基-3-羟吲哚三氟甲磺酸酯。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述Λ[pKj为约15至约20。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述碳材料包括炭黑、碳纳米线、三维碳分子筛、活性炭、石墨、石墨烯、碳化物衍生的碳材料、碳纳米管和巴克一个或多个 ball()。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括向所制备的碳电极的表面添加催化添加剂的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述催化添加剂包含贵金属和/或钼族金属。
17.一种电解水的方法，包括通过用一种或多种离子液体处理所述碳材料以用来自所述离子液体的离子功能化所述碳材料的表面来制备碳电极的步骤，其中所述一种或多种或多种离子液体包含一种或多种选自RSO3-或RCOO-的阴离子，其中R是甲基或取代羰基； (); (;(;(;()3CT和/或其混合物；以及用碳电极电解水。
18. 一种制备用于水电解的碳电极的方法，该方法包括以下步骤： 在第一池中用一种或多种离子液体处理碳材料，以使用来自所述一种或多种离子液体的至少离子液体中的一种使碳材料的表面官能化，其中一种或多种离子液体中的至少一种的Δ[pKj为约10至约20。
19. 一种制备用于水电解的碳电极的方法，该方法包括以下步骤： 在第一池中用一种或多种离子液体处理碳材料以使所述碳官能化，所述一种或多种离子液体中的至少一种离子液体包含一种或多种选自以下的阴离子： 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.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述方法还包括使所述碳电极与第二池中的水接触以电解水的步骤。
21.一种通过根据权利要求17至20中任一项所述的方法生产的用于电解的碳电极。
22.一种用于电解水的电解池，包括权利要求21的碳电极。
【文件号码】/
【发表日期】2014年4月9日申请日期：2013年10月8日优先权日：2012年10月4日
[发明人]赵川 申请人：新南方创新股份有限公司
