[发明专利]一种多壁碳纳米管负载Ni0.85Se复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及新能源新材料应用技术领域，尤其涉及一种多壁碳纳米管负载Ni_0.85Se复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

人类进入21世纪之后，能源短缺和环境污染已经成为全球共同面对的课题，可替代的能源和可再生的能源的研究越来越受到研究者的重视。寻求可替代可再生能源成为了当今的急切的问题。微生物燃料电池是一种可以实现能量转换及产能的新概念装置。它利用微生物作为催化剂直接从可降解有机物中提取电能，具有废弃物处理与产电的双重功效，是一种未来的理想产电方式和有机废弃物资源化处置工艺。

微生物燃料电池中，以氧气为氧化剂发生氧还原反应的阴极称为空气阴极。在空气阴极上发生的氧还原反应的速率是影响电池产电多少的关键因素之一，催化剂的应用能够提高氧还原反应的速率，进而提高整个电池的产电性能。目前通常使用铂等贵金属作为催化剂，不过由于铂价格昂贵及不可再生，增加了电池运行成本，严重影响了其实际应用，所以需要寻找一种找对氧有良好的催化效果并且价格低廉的催化材料。

Ni_0.85Se是一种非整数比的镍化硒化合物，最近的研究表明，Ni_0.85Se具有较好的电催化性能，可用于染料敏化太阳电池。碳纳米管是一种纳米尺度的具有完整分子结构的一维量子材料，可以看成是由类石墨的平面围绕中心轴卷曲而成的无缝中空管，顶端是由碳五元环连同六元环构成的管帽。碳纳米管具有小的半径，非常高的比表面积、导电性能和良好的机械性能，因而具有广阔的应用前景。本发明将Ni_0.85Se负载在多壁碳纳米管(MWCNT)上，应用于微生物燃料电池的阴极催化过程，为寻求低成本、高活性的非贵金属阴极催化剂材料提供了理论和实际支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种多壁碳纳米管负载Ni_0.85Se复合材料的制备方法及其作为微生物燃料电池阴极催化剂的应用。

本发明采用如下技术方案：

本发明的多壁碳纳米管负载Ni_0.85Se复合材料的制备方法的具体步骤如下：

将六水硫酸镍和五水亚硒酸钠加入水中，加入水合肼，搅拌至完全溶解，再加入预处理的多壁碳纳米管，上述反应体系中各组分的比例为：每68-74mL水对应六水硫酸镍200-600mg，五水亚硒酸钠200-500mg，多壁碳纳米管的用量为100-800mg，水合肼体积为6-12mL，然后充分搅拌5-20min，移入高压反应釜中，在120-180℃下反应12-48h，得到本发明的多壁碳纳米管负载Ni_0.85Se复合材料。

多壁碳纳米管在使用前进行预处理，预处理方法如下：

将待处理的多壁碳纳米管置于体积比为1:1的6mol/L的硝酸和6mol/L的硫酸混合酸液中，在80℃下回流6小时，过滤并用去离子水洗涤并干燥，得到预处理的多壁碳纳米管。

优选反应体系中各组分的比例为：每70-74mL水对应六水硫酸镍300-600mg，五水亚硒酸钠300-500mg，多壁碳纳米管的用量为500-800mg，水合肼体积为6-10mL，然后充分搅拌10-20min，移入高压反应釜中，在140-160℃下反应12-36h。

更优选反应体系中各组分的比例为：每72mL水对应六水硫酸镍526mg，五水亚硒酸钠480mg，多壁碳纳米管的用量为520mg，水合肼体积为8mL，然后充分搅拌20min，移入高压反应釜中，在140℃下反应24h。

本发明制备的多壁碳纳米管负载Ni_0.85Se复合材料作为微生物燃料电池阴极催化剂的应用。将多壁碳纳米管负载Ni_0.85Se复合材料涂覆在电极上，应用于微生物燃料电池的阴极作为催化剂。

本发明所制备的电极复合材料，可以涂覆在微生物燃料电池的阴极上作为催化剂，能解决微生物燃料电池中阴极氧还原反应困难造成的电池功率密度低的问题，提供了一种Ni_0.85Se与多壁碳纳米管的纳米复合材料改善微生物燃料电池阴极性能的方法，能显著提高电池的产电性能。