本發(fā)明涉及電極再生，尤其涉及一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，特別涉及一種基于電化學(xué)氧化還原技術(shù)使失活的催化電極活性再生的方法。

背景技術(shù)：

1、電催化是使電極、電解質(zhì)界面上的電荷轉(zhuǎn)移加速反應(yīng)的一種催化作用，可以利用電能在電極表面轉(zhuǎn)化生成可利用的化學(xué)物質(zhì)，因具有綠色、環(huán)保、可持續(xù)等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電解水，燃料電池，co2電催化還原(electrochemical?co2reduction，ecr)等。電極材料既是電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，又是電極反應(yīng)進(jìn)行的場所，因此其表面結(jié)構(gòu)是決定電催化反應(yīng)性能的關(guān)鍵核心。納米多孔金屬具有高孔隙率、高比表面積和優(yōu)良的導(dǎo)電性，而且孔道結(jié)構(gòu)提供了快速的離子輸運(yùn)通道，使其成為非常有應(yīng)用前景的電極材料。

2、然而，在長時(shí)間電催化過程中，催化劑表面的結(jié)構(gòu)和成分經(jīng)常會(huì)由于表面重構(gòu)而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致其催化活性降低。如何延長催化劑的使用壽命，使催化劑能保持長時(shí)間反應(yīng)活性和穩(wěn)定性是電催化領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。所以對長時(shí)間反應(yīng)后的失活電極進(jìn)行活化和活性再生具有重要的意義。

3、因此，亟需開發(fā)一種使失活催化電極活性再生，延長電催化劑在長時(shí)間催化反應(yīng)中的壽命的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為解決現(xiàn)有的催化劑催化活性降低影響使用壽命的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，通過采用循環(huán)伏安還原法或脈沖氧化還原后再電解還原法對失活的金屬催化電極活性再生，能夠有效延長催化電極在長時(shí)間反應(yīng)中的使用壽命。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，對失活的金屬催化電極進(jìn)行電化學(xué)氧化還原處理，得到活性再生的金屬催化電極；

4、所述電化學(xué)氧化還原處理包括循環(huán)伏安還原法或脈沖氧化還原后再電解還原法。

5、優(yōu)選地，當(dāng)所述金屬催化電極為納米多孔au-ag合金電極時(shí)，采用循環(huán)伏安還原法。

6、優(yōu)選地，所述循環(huán)伏安還原法中，先采用循環(huán)伏安法進(jìn)行測試，循環(huán)伏安法中的電位窗口設(shè)置為起始電位0.74v?vs.rhe，終止電位1.74vvs.rhe，掃描速率為5mv?s-1，掃描圈數(shù)≥10圈，完成時(shí)間4000s；

7、再采用電流-時(shí)間法對所述au-ag合金電極進(jìn)行電化學(xué)co2還原。

8、優(yōu)選地，所述電流-時(shí)間法的電位選擇-0.5v?vs.rhe。

9、優(yōu)選地，當(dāng)所述金屬催化電極為納米多孔ag電極時(shí)，采用脈沖氧化還原后再電解還原法。

10、優(yōu)選地，所述脈沖氧化還原后再電解還原法中，先采用多電位階躍法先進(jìn)行電化學(xué)氧化得到ag電極；再采用電流-時(shí)間法對得到的ag氧化物電極進(jìn)行電化學(xué)co2還原。

11、優(yōu)選地，所述多電位階躍法的參數(shù)設(shè)置為e1(v)＝0.8vvs.rhe,t1(s)＝0.01；e2(v)＝2.2v?vs.rhe,t2(s)＝0.01，循環(huán)次數(shù)360000cycles；所述電流-時(shí)間法的電位設(shè)置為-0.8v?vs.rhe,時(shí)間為900s。

12、優(yōu)選地，所述au-ag合金電極是指au35ag65合金條帶經(jīng)過濃硝酸脫合金腐蝕或電化學(xué)腐蝕后制備得到的表面疏松多孔材料。

13、優(yōu)選地，所述au35ag65合金條帶中，ag原子百分比含量為2.5at.％～5at.％。

14、優(yōu)選地，所述納米多孔ag電極是指ag箔經(jīng)過電化學(xué)氧化還原后制備得到的多孔材料。

15、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的有益效果：

16、(1)本發(fā)明通過循環(huán)伏安還原法或脈沖氧化還原法處理使長時(shí)間反應(yīng)后性能已經(jīng)降低的金屬催化電極活性得到有效地恢復(fù)和再生，電流密度和法拉第效率均會(huì)得到顯著提高。

17、(2)本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于納米多孔金屬合金或納米多孔金屬單質(zhì)構(gòu)成的催化電極，能夠有效延長催化電極在長時(shí)間反應(yīng)中的使用壽命，處理方法簡單高效，對環(huán)境友好，并可在電化學(xué)環(huán)境下重復(fù)進(jìn)行，降低生產(chǎn)成本和環(huán)境影響。

18、(3)本發(fā)明通過電化學(xué)氧化還原技術(shù)重新活化的納米多孔au-ag電極在co2飽和的0.5m?khco3電解液和-0.5v?vs.rhe電位下能夠以90％的催化選擇性將co2還原成為co；納米多孔ag電極在co2飽和的0.1m?khco3電解液和-0.8v?vs.rhe電位下能夠以85％的催化選擇性將co2還原成為co，而且納米多孔ag電極的電流密度從1.78ma?cm-2增加至4.61ma?cm-2,可見本發(fā)明可有效地恢復(fù)失活催化電極的活性。

19、(4)本發(fā)明通過控制循環(huán)伏安還原法的時(shí)間或脈沖氧化還原法的時(shí)間可以調(diào)控催化電極的表面結(jié)構(gòu)，包括晶面比例和多孔層厚度，從而改變催化活性恢復(fù)的程度。

20、(5)本發(fā)明的能夠顯著減少對貴金屬催化材料的需求，從而降低材料成本。同時(shí)，通過催化劑的再生和再利用可以減少廢棄催化劑的產(chǎn)生，有助于提高催化劑的循環(huán)利用效率，進(jìn)一步推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。

技術(shù)特征：

1.一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，對失活的金屬催化電極進(jìn)行電化學(xué)氧化還原處理，得到活性再生的金屬催化電極；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，當(dāng)所述金屬催化電極為納米多孔au-ag合金電極時(shí)，采用循環(huán)伏安還原法。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，所述循環(huán)伏安還原法中，先采用循環(huán)伏安法進(jìn)行測試，循環(huán)伏安法中的電位窗口設(shè)置為起始電位0.74v?vs.rhe，終止電位1.74v?vs.rhe，掃描速率為5mv?s-1，掃描圈數(shù)≥10圈，完成時(shí)間4000s；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，所述電流-時(shí)間法的電位選擇-0.5v?vs.rhe。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，當(dāng)所述金屬催化電極為納米多孔ag電極時(shí)，采用脈沖氧化還原后再電解還原法。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，所述脈沖氧化還原后再電解還原法中，先采用多電位階躍法進(jìn)行電化學(xué)氧化得到ag氧化物電極；再采用電流-時(shí)間法對得到的ag氧化物電極進(jìn)行電化學(xué)co2還原。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，所述多電位階躍法的參數(shù)設(shè)置為e1(v)＝0.8vvs.rhe,t1(s)＝0.01；e2(v)＝2.2v?vs.rhe,t2(s)＝0.01，循環(huán)次數(shù)360000cycles；所述電流-時(shí)間法的電位設(shè)置為-0.8v?vs.rhe，時(shí)間為900s。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，所述au-ag合金電極是指au35ag65合金條帶經(jīng)過濃硝酸脫合金腐蝕或電化學(xué)腐蝕后制備得到的表面疏松多孔材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，所述au35ag65合金條帶中，ag原子百分比含量為2.5at.％～5at.％。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，其特征在于，所述納米多孔ag電極是指ag箔經(jīng)過電化學(xué)氧化還原后制備得到的多孔材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種使失活的金屬催化電極活性再生的方法，屬于電極再生技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明對失活的金屬催化電極進(jìn)行電化學(xué)氧化還原處理，得到活性再生的金屬催化電極；電化學(xué)氧化還原處理包括循環(huán)伏安還原法或脈沖氧化還原后再電解還原法。本發(fā)明通過采用循環(huán)伏安還原法或脈沖氧化還原后再電解還原法對失活的金屬催化電極活性再生，能夠有效延長金屬催化電極在長時(shí)間反應(yīng)中的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：呂湘龍,李悅,潘宏宇,楊夢瑩,吳靜靜,唐鑫,崔洪波,劉桂梅,陳松健
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2