[发明专利]一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用

说明书

本发明属于燃料电池领域，公开了一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用。以氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底，用聚二烯二甲基氯化铵溶液与聚(4‑苯乙烯磺酸钠)溶液在基底上修饰自主装，并在该自主装层利用电化学沉积法沉积纳米金颗粒、纳米镍颗粒，制备出一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极。本发明制得一种对麦芽糖具有高灵敏度的电极，且该电极在麦芽糖为基液时，催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点，具有良好的催化氧化作用，能提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，本发明涉及一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用以及基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极(AuNPs/NiNPs/ITO电极)在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池的应用。

背景技术

能源是人类社会存在和发展的物质基础，当今社会，能源和环境问题已经成为困扰人类社会进步和发展的重大课题。自从英国工业革命以来，以煤炭、石油和天然气等化石燃料为一次能源的供能系统极大地促进了世界各国的经济发展。与此同时，大量使用化石燃料带来了严重的后果：资源枯竭、环境污染、生态资源破坏等。自20世纪70年代发生能源危机以来，人类一直在探寻一种新的、清洁、安全可靠的可持续能源系统，世界各国对新能源与可再生能源日益重视，促进了新能源与可再生资源利用技术和装置的研发。在能源和环保并重的时代，高容量能量转化装置，燃料电池被认为可以满足当今电动车辆需求和实现可再生能源的应用。燃料电池最早发现于1836年，C.F.Schonbein发现了燃料电池的电化学反应。虽然燃料电池已有多年的历史，但是近十几年才被重视。燃料电池的燃料和氧化剂由外部供给，正常状态下，只要反应物不停止供应，就会有生成物生成，从而达到持续发电的目的。但燃料电池依赖于高载量的铂系贵金属催化剂，而铂系贵金属资源稀少、价格高昂，成为制约燃料电池技术实际大规模商业化生产的关键因素。美国能源部对燃料电池大规模生产预估成本的研究报告指出，燃料电池堆56％的成本来自于铂系贵金属催化剂层，且燃料电池反应物来源通常为空气，而空气中含有的杂质气体(CO和SO₂等)会与Pt发生强吸附作用，占据活性位使Pt中毒；氢气或甲醇做燃料的阳极，面临着中间产物(如CO)使Pt催化剂失效、失活的问题；且在高电位下铂催化剂及载体碳很容易被氧化造成铂催化剂的流失和载体碳氧化，严重影响电池的性能和寿命。降低甚至摆脱对贵金属Pt的依赖，开发低价且高活性、高利用率的催化剂变得尤为追切。

非铂催化燃料电池主要由阳极、阴极、电解质溶液、燃料构成。目前非铂催化燃料电池阳极研究还处于初步探索阶段，现有的电极应用时存在成本高、催化转化能力低且结构不稳定的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用，本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极。为麦芽糖燃料电池的构建提供一种新的应用方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极(AuNPs/NiNPs/ITO电极)；氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底和导电层，纳米镍金颗粒为电化学沉积层，所述纳米金颗粒沉积在纳米镍颗粒上，纳米镍颗粒沉积在ITO上。

以氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底，用聚二烯二甲基氯化铵溶液(PDDA)与聚(4-苯乙烯磺酸钠)溶液(PSS)在基底上修饰自主装，并在该自主装层利用电化学沉积法沉积纳米金颗粒、纳米镍颗粒，制备出一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极。

上述基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池的应用；以AuNPs/NiNPs/ITO电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于麦芽糖溶液和支持电解质中，设置电位为-0.2～1.3V，记录扫描速度范围为20～100mV/S的10mmol/L麦芽糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化麦芽糖溶液的控制过程进行分析。