CN113355689B - 一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法，通过掩膜版贴附、超疏水修饰和或催化剂负载制备亲气疏气协同限域电极，其排气通道捕获吸收疏气电极产生的气泡并将气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出。本发明是为了解决析气电极表面的气泡粘附的问题，基于超疏水材料的超亲气特性以及所用超疏水涂层耐酸、碱、盐的特点，制备具有快速转移输运气泡的析气电极，通过亲气疏气电极的限域协同作用，可以使电极表面产生的气泡可以快速转移，从而暴露更多的反应活性位点、促进催化反应的进行；同时气泡直接经由排气通道导出反应体系，避免了产物在电极附近溶液的富集。本发明不但适用于电催化析氢反应，而且同样适用于其它析气反应。

Description

一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及电极技术领域，具体涉及一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法。
背景技术
生成气体的电催化反应称为电化学析气反应。析气电极表面的气泡粘附会阻碍电极与电解液之间的接触，造成电极效率降低。专利 CN108671943A在电极表面制备了微米槽结构加快了气泡的脱离过程，避免了气泡粘附从而实现高效的电化学析气反应；文献Adv.Mater., 2014,26(17):2683-7；Adv.Funct.Mater.,2015,25(11):1737-44等通过催化剂表面纳米化构筑超疏气电极提高气泡的脱离效率；J.Am.Chem. Soc.,2020,142(4):1857-63通过构筑规整的条纹催化剂阵列来降低气泡的粘附力从而加快气泡的脱离。上述方法能够有效解决气泡粘附问题，但气体产物在电解液中的直接释放会导致局部产物浓度过高，影响电极效率，另一方面产物在电解液中的富集存在一定的安全隐患。如何设计电极结构，保证气泡快速脱离的同时实现气体转移输运，避免产物在电极界面附近的富集，是进一步提升现有催化剂性能的关键。
发明内容
本发明是为了解决析气电极表面的气泡粘附的问题，基于超疏水材料的超亲气特性以及所用超疏水涂层耐酸、碱、盐的特点，采用掩模版保护、超疏水修饰、掩模版去除、催化剂负载的方法，得到具有快速转移输运气泡的析气电极，使电极表面产生的气泡可以快速转移，从而暴露更多的反应活性位点、促进催化反应的进行；同时气泡直接经由排气通道导出反应体系，避免了产物在电极附近溶液的富集。
本发明提供一种亲气疏气协同限域电极，包括基底、设置在基底上的疏气电极和设置在基底上与疏气电极相连的排气通道；
疏气电极用于发生电催化析气反应并在产生气泡时使气泡成核生长转移至排气通道，排气通道用于捕获吸收气泡并将气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出；
排气通道包括与疏气电极连接的用于捕获吸收气泡的气泡入口、用于运输气泡的超亲气条和设置在亲气疏气协同限域电极边界处用于将气泡排出的气泡出口；
排气通道具有疏水性以隔绝位于排气通道下部的基底与电解液接触。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，基底和疏气电极的材质为以下任意一种：碳纸、碳布、钛片、铂片、铜片和镍片。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，疏气电极上设置疏气催化剂；
疏气催化剂用于使加速电催化析气反应及气泡成核生长。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，
基底和疏气电极的材质为以下任意一种：碳纸、碳布或钛片；
疏气催化剂为以下任意一种：Pt、Ni、Cu、铂化合物、镍化合物或铜化合物。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，排气通道的材质为二氧化硅。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，
排气通道的形状为直线条、曲线条、圆条、折线条、网格条或T 字形条。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极，作为优选方式，排气通道包括若干个，疏气电极的宽度小于排气通道的宽度；
疏气电极的宽度为10～1000微米，排气通道宽度为50～1000微米。本发明提供一种亲气疏气协同限域电极制备方法，包括如下步骤：
S1、基底预处理：对基底进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将掩膜贴附于基底上，然后切割掉贴附于排气通道位置上的掩膜；
S3、超疏水修饰：将基底整体作超疏水修饰得到排气通道，去除掩模版即得到亲气疏气协同限域电极。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极制备方法，作为优选方式，包括如下步骤：
S1、基底预处理：对基底进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将掩膜贴附于基底上，然后切割掉贴附于排气通道位置上的掩膜；
S3、超疏水修饰：将基底整体作超疏水修饰得到排气通道，去除掩模版即得到亲气限域电极；
S4、催化剂负载：将亲气限域电极置于待沉积催化剂的电沉积液中，利用电沉积在排气通道之间的电极上负载疏气催化剂，即得到亲气疏气协同限域电极。
本发明所述的一种亲气疏气协同限域电极制备方法，作为优选方式：
步骤S2中掩膜材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，掩膜切割方法为激光切割；
步骤S3中超疏水修饰是指将基底浸入用正己烷稀释过的聚二甲基硅氧烷稀溶液中，取出晾置后放入疏水二氧化硅粉末中后固化，然后用乙醇冲洗掉多余的二氧化硅粉末，得到排气通道
亲气疏气协同限域电极的超亲气条对水滴的接触角介于150°到 180°之间，对气泡接触角介于0°到10°之间。亲气疏气协同限域疏气电极的水滴接触角介于0°到65°之间，气泡接触角介于90°到180°之间。
亲气疏气协同限域电极在电化学析气反应过程中主要通过三个步骤实现产物的快速转移：亲水区气泡成核生长、气泡被超亲气条捕获、气泡经由超亲气条转移。当电极发生电催化析气反应时，气泡首先在疏气电极表面成核生长；当气泡半径增大，接触到超亲气条时，气泡会被超亲气条捕获吸收；被捕获的气泡，会沿着超亲气条快速转移出反应体系。与此同时，气泡转移后暴露出的电极表面会继续发生电化学反应并产生气泡，开始下一个反应循环，从而实现连续的电催化析气及产物转移过程。
本发明中涉及的排气通道具有优异的超疏水性能，电解质无法浸润超疏水区域，对于无机酸、无机碱、无机盐等水性电解液均可适用。
本发明所述的亲气疏气协同限域电极，疏气电极区域的性质由所负载催化剂的性质决定，包括但不限于Pt、Ni、Cu及其化合物。
本发明的亲气疏气协同限域电极可用于酸性、中性或碱性电解质条件下的电化学析气反应。
所述的电化学析气反应包括但不限于：电化学析氢、电化学析氧、电化学析氮、电化学析氯等。
在使用本发明亲气疏气协同限域电极在进行电化学析气反应时，将本发明的亲疏协同电极用聚四氟电极夹固定，垂直浸入电解液，电极片上沿露出电解液。组装对电极与参比电极，连接电路即可进行相应的析气反应。
相较于现有技术，本发明有以下优点：
(1)提出亲气疏气协同限域策略，通过引入超亲气条带调控产物气泡的生长尺寸，使气泡能够在小体积阶段快速转移，有利于减小气泡在电极表面的粘附。
(2)超亲气条带可以将产物可直接转移出反应体系，避免了产物在电解液中的直接排放，有利于降低电极周围电解质中产物的浓度。
(3)是一种普适的电极优化策略，在不改变催化剂结构和性质的情况下，优化电极结构实现了电催化效率的进一步提高。
附图说明
图1为一种亲气疏气协同限域电极主视示意图；
图2为一种亲气疏气协同限域电极侧视示意图；
图3为一种亲气疏气协同限域电极构成图示；
图4为一种亲气疏气协同限域电极构成图A区放大图；
图5为一种亲气疏气协同限域电极排气通道表面的水滴接触角和气泡的接触角图示；
图6为一种亲气疏气协同限域电极疏气电极表面的水滴接触角和气泡的接触角图示；
图7为一种亲气疏气协同限域电极制备方法实施例4-5流程图；
图8为一种亲气疏气协同限域电极制备方法实施例6-9流程图；
图9为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢初始状态示意图；
图10为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢初始状态超疏水及亲水分布图；
图11为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢初始状态B 区放大图；
图12为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢初始状态B 区放大示意图；
图13为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢反应0.3秒时B区气泡成核状态图；
图14为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢反应0.3秒时B区氢气气泡示意图；
图15为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢反应2.03秒时B区气泡捕获状态图；
图16为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢反应2.03秒时B区气泡捕获输运示意图；
图17为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢反应2.05秒时B区气泡转移状态图；
图18为一种亲气疏气协同限域电极电极电催化析氢反应2.05秒时B区气泡转移示意图；
图19为一种亲气疏气协同限域电极电极实施例8及其比较例对应的电流密度随时间的变化曲线；
图20为一种亲气疏气协同限域电极电极实施例9及其比较例对应的电流密度随时间的变化曲线。
附图标记：
1、基底；2、疏气电极；3、排气通道；31、气泡入口；32、超亲气条；33、气泡出口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1-4所示，一种亲气疏气协同限域电极，包括基底1、设置在基底1上的疏气电极2和设置在基底1上与疏气电极2相连的排气通道3；
疏气电极2用于发生电催化析气反应并在产生气泡时使气泡成核生长转移至排气通道3，排气通道3用于捕获吸收气泡并将气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出；
排气通道3包括与疏气电极2连接的用于捕获吸收气泡的气泡入口31、用于运输气泡的超亲气条32和设置在亲气疏气协同限域电极边界处用于将气泡排出的气泡出口33；
排气通道3具有疏水性以隔绝位于排气通道3下部的基底与电解液接触。
如图5所示，亲气疏气协同限域电极的超亲气条带区域对水滴的接触角介于150°到180°之间，对气泡接触角介于0°到10°之间。
如图6所示，疏气电极部分的水滴接触角介于0°到65°之间，气泡接触角介于90°到180°之间。
实施例2
如图1-4所示，一种亲气疏气协同限域电极，包括基底1、设置在基底1上的疏气电极2和设置在基底1上与疏气电极2相连的排气通道3；
疏气电极2用于发生电催化析气反应并在产生气泡时使气泡成核生长转移至排气通道3，排气通道3用于捕获吸收气泡并将气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出；
排气通道3包括与疏气电极2连接的用于捕获吸收气泡的气泡入口31、用于运输气泡的超亲气条32和设置在亲气疏气协同限域电极边界处用于将气泡排出的气泡出口33；
排气通道3具有疏水性以隔绝位于排气通道3下部的基底与电解液接触；
基底1和疏气电极2的材质为以下任意一种：碳纸、碳布、钛片、铂片、铜片和镍片；
排气通道3的材质为二氧化硅；
排气通道3的形状为直线条、曲线条、圆条、折线条、网格条或 T字形条；排气通道3的形状不限于前述形状；
排气通道3包括若干个，疏气电极2的宽度小于排气通道3的宽度；
疏气电极2的宽度为10～1000微米，排气通道3宽度为50～1000 微米。
如图5所示，亲气疏气协同限域电极的超亲气条带区域对水滴的接触角介于150°到180°之间，对气泡接触角介于0°到10°之间。
如图6所示，疏气电极部分的水滴接触角介于0°到65°之间，气泡接触角介于90°到180°之间。
实施例3
如图1-4所示，一种亲气疏气协同限域电极，包括基底1、设置在基底1上的疏气电极2和设置在基底1上与疏气电极2相连的排气通道3；
疏气电极2用于发生电催化析气反应并在产生气泡时使气泡成核生长转移至排气通道3，排气通道3用于捕获吸收气泡并将气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出；
排气通道3包括与疏气电极2连接的用于捕获吸收气泡的气泡入口31、用于运输气泡的超亲气条32和设置在亲气疏气协同限域电极边界处用于将气泡排出的气泡出口33；
排气通道3具有疏水性以隔绝位于排气通道3下部的基底与电解液接触；
基底1和疏气电极2的材质为以下任意一种：碳纸、碳布或钛片；
疏气电极2上设置疏气催化剂；疏气催化剂用于使加速电催化析气反应及气泡成核生长；
疏气催化剂为以下任意一种：Pt、Ni、Cu、铂化合物、镍化合物或铜化合物；
排气通道3的材质为二氧化硅；
排气通道3的形状为直线条、曲线条、圆条、折线条、网格条或 T字形条；排气通道3的形状不限于前述形状；
排气通道3包括若干个，疏气电极2的宽度小于排气通道3的宽度；
疏气电极2的宽度为10～1000微米，排气通道3宽度为50～1000 微米。
如图5所示，亲气疏气协同限域电极的超亲气条带区域对水滴的接触角介于150°到180°之间，对气泡接触角介于0°到10°之间。
如图6所示，疏气电极部分的水滴接触角介于0°到65°之间，气泡接触角介于90°到180°之间。
实施例4
如图7所示，一种亲气疏气协同限域电极制备方法，包括如下步骤：
S1、基底预处理：对基底1进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将掩膜贴附于基底1上，然后切割掉贴附于排气通道3位置上的掩膜；
S3、超疏水修饰：将基底1整体作超疏水修饰得到排气通道3，去除掩模版即得到亲气疏气协同限域电极。
实施例5
如图7所示，一种亲气疏气协同限域电极制备方法，包括如下步骤：
S1、基底预处理：对基底1进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将掩膜贴附于基底1上，然后切割掉贴附于排气通道3位置上的掩膜；掩膜材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，掩膜切割方法为激光切割；
S3、超疏水修饰：将基底1整体作超疏水修饰得到排气通道3，去除掩模版即得到亲气疏气协同限域电极；超疏水修饰是指将基底1 浸入用正己烷稀释过的聚二甲基硅氧烷稀溶液中，取出晾置后放入疏水二氧化硅粉末中后固化，然后用乙醇冲洗掉多余的二氧化硅粉末，得到排气通道3。
实施例6
如图8所示，一种亲气疏气协同限域电极制备方法，包括如下步骤：
S1、基底预处理：对基底1进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将掩膜贴附于基底1上，然后切割掉贴附于排气通道3位置上的掩膜；
S3、超疏水修饰：将基底1整体作超疏水修饰得到排气通道3，去除掩模版即得到亲气限域电极；
S4、催化剂负载：将亲气限域电极置于待沉积催化剂的电沉积液中，利用电沉积在排气通道3之间的电极上负载疏气催化剂，即得到亲气疏气协同限域电极。
实施例7
如图8所示，一种亲气疏气协同限域电极制备方法，包括如下步骤：
S1、基底预处理：对基底1进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将掩膜贴附于基底1上，然后切割掉贴附于排气通道3位置上的掩膜；掩膜材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，掩膜切割方法为激光切割；
S3、超疏水修饰：将基底1整体作超疏水修饰得到排气通道3，去除掩模版即得到亲气限域电极；
S4、催化剂负载：将亲气限域电极置于待沉积催化剂的电沉积液中，利用电沉积在排气通道3之间的电极上负载疏气催化剂，即得到亲气疏气协同限域电极；超疏水修饰是指将基底1浸入用正己烷稀释过的聚二甲基硅氧烷稀溶液中，取出晾置后放入疏水二氧化硅粉末中后固化，然后用乙醇冲洗掉多余的二氧化硅粉末，得到排气通道3。
实施例8
如图8所示，一种亲气疏气协同限域电极及其制备方法，包括如下步骤：
(1)基底预处理：用500#的砂纸对1.5cm*1.5cm*0.5mm的铂片表面进行打磨处理，打磨后的铂片置于乙醇溶液中超声清洗，室温晾干后用浓硝酸浸泡约5min，去离子水超声洗涤后备用。
(2)掩模版贴附：将PET膜整体贴附在预处理好的铂片上，利用激光切割将PET膜切割成条纹状用作掩模版，条纹宽度和间距均为1000μm，得到条纹状掩模版贴附的铂片；
(3)超疏水修饰：将步骤(2)制备的贴附有条纹状掩模版的铂片基底整体浸入用正己烷稀释过的聚二甲基硅氧烷(PDMS)稀溶液中，取出室温晾置2～3min后，将其整体放入疏水二氧化硅粉末中，在PDMS的粘合作用下，疏水二氧化硅会粘附在基底上。80℃固化 2h，取出后用乙醇冲洗掉多余的二氧化硅粉末，待乙醇挥发后去除掩模版，即得到有超亲气条纹贴附的铂片。水滴在超亲气条带上的接触角大于150°，气泡在超亲气条带条纹上的接触角约为零(如图5所示)。
(4)催化剂负载：由于所用基底铂片本身具有HER催化性能，且对水滴的接触角为40.7±1.6°，对气泡的接触角为121.4±5° (如图6所示)。经过步骤(1～3)即得到所需亲疏协同电极。
将制备的亲气疏气协同限域电极进行电化学测试：用聚四氟电极夹固定步骤(4)得到的亲疏协同电极于0.5M硫酸中，在-0.3V电位(可逆氢电极RHE作参比)下进行电化学析氢反应，并用高速摄像机原位观测电极析氢过程。如图9-18所示，气泡首先在亲水区成核生长，当气泡长大接触到超疏水区域时，气泡会被迅速捕获并经由超疏水区域转移至反应体系外，暴露出催化剂的反应活性位点进行电化学反应。时间随电流的变化曲线如图19所示。
本实施例的比较例为：
(1)用500#的砂纸对1.5cm*1.5cm*0.5mm的铂片表面进行打磨处理，打磨后的铂片置于乙醇溶液中超声清洗，室温晾干后用浓硝酸浸泡约5min，然后用去离子水、乙醇依次超声洗涤多次，晾干备用。
(2)电化学测试：用聚四氟电极夹固定步骤(1)得到的铂片电极于0.5M硫酸中，在-0.3V电位(可逆氢电极RHE作参比)下进行电化学析氢反应。
本实施例亲气疏气协同限域电极电催化析氢过程中的气泡转移、输运状态如图9-18所示，
本实施例与比较例时间随电流的变化曲线如图19所示(铂片电极)。
实施例9
如图8所示，一种亲气疏气协同限域电极制备方法，包括如下步骤：
(1)基底预处理：用500#的砂纸对1.5cm*1.5cm*0.5mm的钛片表面进行打磨处理，打磨后的铂片置于乙醇溶液中超声清洗，室温晾干后将其浸入10wt％草酸溶液，90℃处理1h后取出，用去离子水、乙醇依次超声洗涤多次，晾干备用；
(2)掩模版贴附：将PET膜整体贴附在预处理好的钛片上，再利用激光切割将PET膜切割成条纹状用作掩模版，条纹宽度为250 μm，间距均为500μm。得到条纹状掩模版覆盖的钛片；
(3)超疏水修饰：将步骤(2)制备的贴附有条纹状掩模版的钛片基底整体浸入用正己烷稀释过的PDMS稀溶液中，取出室温晾置 2～3min后，将其整体浸入超疏水二氧化硅粉末中，在PDMS的粘合作用下，超疏二氧化硅会粘附在基底上。80℃固化2h，取出后用乙醇冲洗掉多余的二氧化硅粉末，待乙醇挥发后去除掩模版，得到表面有超亲气条带的钛片。
(4)催化剂负载：将步骤(3)制备的表面含超亲气条纹的钛片放置在电沉积液中(3mM H2PtCl6，100mM KNO3)。设置电势-0.05V 电沉积1小时(Ag/AgCl作参比电极)，最终得到亲水区(负载铂催化剂)宽度为250μm，超疏水区宽度为500μm的亲疏协同电极。疏气区催化剂形貌同实施例8。
(5)用聚四氟电极夹固定步骤(4)得到的亲气疏气协同限域电极于0.5M硫酸中，在-0.3V电位(可逆氢电极RHE作参比)下进行电化学析氢反应，电流密度随时间的变化曲线如图20所示。
本实施例的比较例为：
(1)基底预处理：用500#的砂纸对1.5cm*1.5cm*0.5mm的钛片表面进行打磨处理，打磨后的铂片置于乙醇溶液中超声清洗，室温晾干后将其浸入10wt％草酸溶液，90℃处理1h后取出，用去离子水、乙醇依次超声洗涤多次，晾干备用；
(2)催化剂负载：将步骤(1)制备的光滑钛片放置在电沉积液中(3mM H2PtCl6，100mM KNO3)。设置电势-0.05V电沉积1小时 (Ag/AgCl作参比电极)，得到负载了Pt催化剂的纳米Pt电极。
(3)用聚四氟电极夹固定步骤(4)得到的亲疏协同电极于0.5M 硫酸中，在-0.3V电位(可逆氢电极RHE作参比)下进行电化学析氢反应。
本实施例与比较例时间随电流的变化曲线如图20所示(纳米Pt 电极)。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种亲气疏气协同限域电极，其特征在于：包括基底(1)、设置在所述基底(1)上的疏气电极(2)和设置在所述基底(1)上与所述疏气电极(2)相连的排气通道(3)；
所述疏气电极(2)用于发生电催化析气反应并在产生气泡时使所述气泡成核生长转移至所述排气通道(3)，所述排气通道(3)用于捕获吸收所述气泡并将所述气泡转移至亲气疏气协同限域电极边界排出；
所述排气通道(3)包括与所述疏气电极(2)连接的用于捕获吸收所述气泡的气泡入口(31)、用于运输所述气泡的超亲气条(32)和设置在所述亲气疏气协同限域电极边界处用于将所述气泡排出的气泡出口(33)；
所述排气通道(3)具有疏水性以隔绝位于所述排气通道(3)下部的基底与电解液接触。
2.根据权利要求1所述的一种亲气疏气协同限域电极，其特征在于：所述基底(1)和所述疏气电极(2)的材质为以下任意一种：碳纸、碳布、钛片、铂片、铜片和镍片。
3.根据权利要求1所述的一种亲气疏气协同限域电极，其特征在于：所述疏气电极(2)上设置疏气催化剂；
所述疏气催化剂用于使加速电催化析气反应及所述气泡成核生长。
4.根据权利要求3所述的一种亲气疏气协同限域电极，其特征在于：
所述基底(1)和所述疏气电极(2)的材质为以下任意一种：碳纸、碳布或钛片；
所述疏气催化剂为以下任意一种：Pt、Ni、Cu、铂化合物、镍化合物或铜化合物。
5.根据权利要求1所述的一种亲气疏气协同限域电极，其特征在于：所述排气通道(3)的材质为二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的一种亲气疏气协同限域电极，其特征在于：所述排气通道(3)的形状为直线条、曲线条、圆条、折线条、网格条或T字形条。
7.根据权利要求1所述的一种亲气疏气协同限域电极，其特征在于：所述排气通道(3)包括若干个，所述疏气电极(2)的宽度小于所述排气通道(3)的宽度；
所述疏气电极(2)的宽度为10～1000微米，所述排气通道(3)宽度为50～1000微米。
8.一种亲气疏气协同限域电极制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、基底预处理：对基底(1)进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将掩膜贴附于所述基底(1)上，然后切割掉贴附于排气通道(3)位置上的所述掩膜；
S3、超疏水修饰：将所述基底(1)整体作超疏水修饰得到所述排气通道(3)，去除所述掩模版即得到亲气疏气协同限域电极。
9.根据权利要求8所述的一种亲气疏气协同限域电极制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、基底预处理：对所述基底(1)进行压平、打磨和清洗处理，并利用酸腐蚀或碱腐蚀去除表面氧化层后洗净备用；
S2、掩模版贴附：将所述掩膜贴附于所述基底(1)上，然后切割掉贴附于所述排气通道(3)位置上的所述掩膜；
S3、超疏水修饰：将所述基底(1)整体作超疏水修饰得到所述排气通道(3)，去除所述掩模版即得到亲气限域电极；
S4、催化剂负载：将所述亲气限域电极置于待沉积催化剂的电沉积液中，利用电沉积在所述排气通道(3)之间的电极上负载疏气催化剂，即得到所述亲气疏气协同限域电极。
10.根据权利要求8或9任意一项所述的一种亲气疏气协同限域电极制备方法，其特征在于：
步骤S2中所述掩膜材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述掩膜切割方法为激光切割；
步骤S3中所述超疏水修饰是指将所述基底(1)浸入用正己烷稀释过的聚二甲基硅氧烷稀溶液中，取出晾置后放入疏水二氧化硅粉末中后固化，然后用乙醇冲洗掉多余的二氧化硅粉末，得到所述排气通道(3)。
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