中科院苏州纳米所《ACS AMI》：高导电性石墨烯复合膜电极，用于新型便携式制氧装置

成果简介

纯氧在医疗、急救和化学合成中至关重要。缺氧可对呼吸、消化和神经系统等器官系统造成严重损害，甚至直接导致死亡。值得注意的是，2019年严重冠状病毒病（2019冠状病毒疾病）大流行加剧了世界医用氧气的短缺。因此，迫切需要一种安全、经济、便携的供氧装置。本文，中科院苏州纳米所周小春研究员团队《 ACS Appl. Mater. Interfaces 》期刊发表名为“Ultralight, Safe, Economical, and Portable Oxygen Generators with Low Energy Consumption Prepared by Air-Breathing Electrochemical Extraction”的论文，研究成功地制备了一种重量轻、能效高的吸气式电化学纯氧提取装置（ABEEPO）。

通过对电解槽结构的改造，将元件双极板和端板更换为塑料膜，将元件集电体更换为高导电性石墨烯复合膜电极。由于使用了塑料膜和石墨烯复合膜电极，电解槽重量从1319.4g降低到1.6g，成功实现了电解槽的柔性化。通过优化阳极催化剂、工作面积和工作电压，在1.2V 电压下实现了单位质量的高流速（234mL h –1g–1 ）。该装置在2h内表现出高稳定性。新的便携式制氧装置将有效用于缺氧治疗。

图文导读

方案1. 水电解、传统空气电解和呼吸式电解制氧的比较

图1. ABEEPO 制造过程和灵活性测试的示意图。

图2. 相同工作面积 (1×4cm2 ) 的空气电解和水电解制氧方法的性能

图3. 相同工作面积 (1 × 4 cm 2 )的阳极催化剂对 ABEEPO性能的影响

图4. 相同工作区域 (1×4cm2 )下施加电压对 ABEEPO 性能的影响

图5. ABEEPO与其他商业制氧设备的性能比较

图6. ABEEPO的应用演示。(a) 供氧系统示意图。(b) 供氧系统的光学照片。(c) 为 ABEEPO患者供氧。

小结

综上所述，研究报道了一种使用呼吸式电化学萃取技术从空气中生产纯氧的装置。与水电解制氧相比，ABEEPO 的电位在 10 mA cm -2的电流密度下降低了 750 mV 。这一发现将有助于设计用于纯氧供应的新型纯氧生产装置。

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.2c05626