气体扩散电极

[外文]：gas diffusion electrode

一种特制的多孔膜电极，大量气体可以到达电极内部，且与电极外面的整体溶液（电解质）相连通，组成了一种三相（固、液、气）膜电极。它既有足够的“气孔”，使反应气体容易传递到电极上，又有大量覆盖在催化剂（见催化）表面的薄液层。催化剂（如铂黑）的粉粒分散在多孔膜中，并通过薄液层的“液孔”与电极外面的电解质溶液连通，以利于液相反应物和产物的迁移。气体进入扩散电极发生催化反应，并产生电流，由此可测出气体的含量，常用于监测气体中某些微量组分。用气体扩散电极制成的小型临测器用于监测环境、工厂、矿场空气中某些微量的有害气体。例如携带式的一氧化碳监测仪，其中的电解质用稀硫酸，含有一氧化碳的气流通过装有催化剂的气体扩散电极被氧化为二氧化碳，氧气则被还原为水。测量这一电池的电流，便可测出一氧化碳含量。电极反应为：

2CO+2H2O─→2CO2+4H++4e

O2+4H++4e─→2H2O

总的反应为：

2CO+O2─→2CO2

监测仪的电路见图1。

为了使上述反应顺利进行，需要控制电位（30伏），因此要用三个相同的气体扩散电极，一个做工作电极W；一个做对电极C；一个做参比电极 R。控制W与R间的电位，则W上发生一氧化碳被氧化的反应；对电极上发生氧气被还原的反应。测量放大后的电流，一氧化碳可测的含量范围为0.5～50ppm；0～100ppm；500～1000ppm，较低可检测出0.5ppm。这种监测仪可用于现场连续监测，其灵敏度、重现性、响应时间和使用寿命都决定于膜电极的性能。

气体扩散电极主要有三种：

（1）双层电极，电极用金属粉末和适当的多孔性填料分层压制，并烧结而成，电极中的细孔层面向电解质，粗孔层面向气室。如果金属粉末本身不具备催化剂的性能，还要通过浸渍等方法在孔内沉积催化剂。

（2）防水电极，通常用催化剂粉末（有时还加入导电性粉末）和疏水性微粒混合后辗压或喷涂，再经适当的热处理后制成。常用的疏水性材料为聚乙烯、聚四氟乙烯等。催化剂（如铂黑）粉末的表面是亲水的，在它的外表面上都形成了可用于进行气体电极反应的薄液层。

（3）微孔隔膜电极，电池由两片用催化剂微粒制成的电极和微孔隔膜层（如石棉纸膜）结合而成（图2）。

所用隔膜内部微孔的孔径比电极内微孔的孔径更小，所以加入的电解液首先被隔膜吸收，然后才用于浸湿电极。如果电解液的量适当，可使电极处在“半干半湿”状态，其中既有大面积的薄液膜层，又有一定的气孔。这种电极容易制备，催化剂利用效率较高，而且不会漏气或漏液。

以上三种电极并无原则区别，都是由气孔、液孔和固相三种网络交织组成，分别担任气相传质、液相传质和电子传递的作用。