[发明专利]一种碳复合钴催化剂，催化层制备方法及微生物燃料电池

说明书

本发明公开了一种碳复合钴催化剂，催化层制备方法及微生物燃料电池。涉及生物电化学领域。该催化剂的材料为碳复合钴，利用四水合乙酸钴通过化学反应、物理分离等方法制备得到微生物燃料电池碳复合钴催化剂阴极。通过该方法制备的微生物燃料电池，其碳复合钴催化剂的原料与贵金属铂及其合金材料相比，来源广泛，价格较低，制备的碳复合钴非贵金属催化剂阴极具有较大的表面积、优秀的电导率和稳定的电子迁移，电流密度高等特点。应用于微生物燃料电池中，成本较低，运行稳定，输出功率较高，制作简单能广泛应用于包括微生物燃料电池、水污染处理中。

技术领域

本发明涉及生物电化学领域，更具体的涉及一种碳复合钴催化剂，催化层制备方法及微生物燃料电池。

背景技术

21世纪以来现代社会快速发展，为推动工业化发展，化石燃料等能源需求日益加剧；化石燃料虽然产能高、价格低廉，但大量使用会带来恶劣的环境问题。

微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)通过产电微生物的催化作用降解水中的有机物从而产生电能并且达到净化水体的作用，是一种具有发展前景的电化学技术。在微生物燃料电池阳极的产电微生物氧化有机物产生电子和质子，电子和质子分别通过外循环和质子交换膜相继到达阴极并与阴极的电子受体发生化学反应产生电流。与传统燃料电池相比，微生物燃料电池能够在产能的同时净化水体达成双赢；具有反应简单、反应温和、来源广泛等优点，是一种新型高效的技术，得到国内外学者的广泛关注。

目前，微生物燃料电池有多种结构其中最常见、最简单的为单室型和双室型。其他的还有平流型、上流式和管式都有着不同的应用，在这些微生物燃料电池中，单室型微生物燃料电池具有多个特异的优点，其中由于单室微生物燃料电池的电子受体来源于空气，即能够不断的补充以得到较高的氧化还原点位，因此单室微生物燃料电池被广泛选用作为规模化实验的载体。

然而，微生物燃料电池的输出功率较低，其中有很多的制约因素，如电极材料、阴极催化剂、微生物的特性、质子交换膜的种类、阳极密封性等。但是阴极的材料的选择成为了制约微生物燃料电池产电的重要因素之一。通过在阴极适当的添加高活性的催化剂能够大幅度提高输出功率、显著改善微生物燃料电池的产电性能。通过不断研究发现，金属铂和其复合物表现出了极高的电化学催化活性，但由于铂的价格昂贵，不耐腐蚀，对微生物要求高等特性无法做到大规模应用。

发明内容

本发明实施例提供一种碳复合钴催化剂，催化层的制备方法及燃料电池，用以解决现有技术中存在因铂金属价格昂贵，不耐腐蚀等导致微生物电池不能大规模应用的问题。

本发明实施例提供一种碳复合钴催化剂的制备方法，包括：

将1份三聚氰胺，7.46份甲醛溶液和0.99份四水合乙酸钴材料添加到47.62份去离子水中得到混合溶液；

将所述混合溶液放置环境温度为160℃的反应釜中反应600min，形成混合粘稠物；

用去离子水和无水乙醇洗涤所述混合粘稠物，将洗涤后的所述混合粘稠物在干燥箱内干燥，得到固态物体；

将所述固态物体放置到管式炉内按照设定温度以及设定时间进行灼烧，得到碳复合钴催化剂，所述设定温度为700-1000℃，所述设定时间为120min。

优选地，所述得到混合溶液之前，还包括：将所述三聚氰胺，甲醛溶液，四水合乙酸钴材料和去离子水在环境温度为60℃的水中，通过磁力搅拌30min，得到所述混合溶液。

优选地，所述干燥箱干燥时间为7200min，所述干燥箱的工作温度为60℃。

优选地，所述将所述固态物体放置到管式炉内按照设定温度以及设定时间进行灼烧时，向所述管式炉内通入高纯氮气。

本发明实施例还提供一种催化层的制备方法，包括：