[发明专利]一种CoFe2O4/AC微生物燃料电池空气阴极催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种CoFe2O4/AC微生物燃料电池空气阴极催化材料的制备方法，步骤是：A、铁钴溶液的制备：秤取氯化钴、氯化铁，加入去离子水和乙二醇的混合溶液，搅拌，得铁钴溶液；B、秤取活性炭，超声分散于所得溶液中，搅拌；C、向所得溶液中，滴加氨水，用保鲜膜封住烧杯口，升温，搅拌；D、将所得悬浮液转移至反应釜中，密封后，放入电烘箱内，反应；E、收集所得产物：取出反应釜，冷却至室温后，过滤，用乙醇和去离子水反复清洗，置于电烘箱内干燥过夜；F、将所得干燥固体物质，盛于瓷舟内，放入管式炉内中，冷却至室温，获得纳米混合物CoFe₂O₄/AC催化剂。工艺简单，工艺参数易控，价格低廉，分散性好，活性位点较多，催化性能显著。

技术领域

本发明属于微生物燃料电池领域，涉及一种CoFe₂O₄/AC微生物燃料电池空气阴极复合催化材料的制备方法，更具体涉及一种原位双金属氧化物 CoFe₂O₄/AC水相加热沉积与高温煅烧相结合的制备微生物燃料电池阴极催化材料的方法。该材料广泛适用于氧还原反应电催化相关领域，如酸、碱性燃料电池，聚合物电解质燃料电池以及金属-空气燃料电池等。

背景技术

随着经济的快速发展与生活水平的提高，环境、能源与水资源等已成为严重影响人们生产生活的重大难题。微生物燃料电池(Microbial fuel cells，MFCs) 利用微生物可直接降解废水或废弃物中的有机质，将其中的化学能转化为电能，是一项可实现废物资源化的新兴清洁能源技术。然而，高的材料成本(特别是阴极)以及低的功率输出严重制约了MFCs的工业化进程。因此，低价、高性能的阴极催化材料的研发，是改善MFCs性能与实现其广泛运用的关键。活性炭(AC) 因其高的比表面积、良好的导电性、易获得、可再生和廉价等特点，已被成功用作MFCs空气阴极催化材料；而较低的MFCs空气阴极性能使得基于活性炭(AC) 改性的MFCs复合催化材料的制备与运用成为日益凸显的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种CoFe₂O₄/AC微生物燃料电池空气阴极复合催化材料的制备方法，所制备合成物的纳米颗粒分散均一，催化效果较高，使微生物燃料电池最大功率密度显著提升，解决了对高价铂碳催化剂的依赖，降低了MFCs 的阴极催化剂材料存在的高成本的问题。该纳米混合物催化剂制备工艺简单，工艺参数易控，原材料价格低廉，且分散性好，活性位点较多，催化性能显著。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

其技术构思：一种原位双金属氧化物CoFe₂O₄生成于活性炭(AC)表面，是由铁源、钴源和AC制备的复合材料，所述复合材料由铁、钴源经水热反应等步骤，原位均匀地分布在AC骨架表面，且粒径在纳米级的复合材料，其中铁源与碳源的摩尔质量比2:1。

一种CoFe₂O₄/AC微生物燃料电池空气阴极复合催化材料的制备方法，其步骤是：

A、铁钴溶液的制备：分别秤取0.22－0.71g氯化钴(CoCl₂·6H₂O) (0.00298mol)、0.51－1.62g氯化铁(FeCl₃·6H₂O)(0.00596mol)(摩尔质量比 Co:Fe＝1:2)和1g PVP于100ml烧杯中，向其中加入60ml去离子水(DI)和乙二醇(EG)的混合溶液(体积比DI：EG＝2:1)。室温下(20－25℃，以下相同)，磁力搅拌56－64分钟，获得均一铁钴溶液；

B、秤取1.1－1.5g活性炭(AC)，超声分散于步骤1所得溶液中，随后搅拌5－7小时；