[发明专利]一种果糖燃料电池及其构建方法

说明书

本发明涉及一种果糖燃料电池及其构建方法，属于燃料电池技术领域。主要技术方案为：PdNPs/NiNPs/GN/PDMS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果糖溶液和支持电解质中，所述支持电解质含1mol/LKOH，pH为14。本发明利用PDMS良好的柔韧性并结合石墨烯良好的导电性，制得一种对果糖具有高灵敏度的电极，且该电极在果糖为基液时，催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点，本燃料电池可用于制作随身充电宝，可用于发电厂及电动汽车等领域。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种果糖燃料电池及其构建方法。

背景技术

燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转变为电能的发电装置。燃料电池有许多优点，由于它不受卡诺循环的限制，与传统的能量转换系统相比能量转换效率高，能量转化率最高可达到80％，燃料电池技术是当今能量转化率最高的化学发电技术之一。它一般用氢作燃料，氧气为氧化剂，而产物为水，因而对环境的污染很小。由于不同类型的燃料电池在不同场合的应用，使燃料电池有着广泛的用途。基于此，目前，世界上大量科研工作者致力于以葡萄糖为代表的直接糖类燃料电池的研究。因此，制备出具有较高催化活性以及较强稳定性的燃料电池阳极是加速促进燃料电池实现产业化的的关键。在现阶段，生物酶常用于葡萄糖的氧化，以制备出具有较好氧化活性的燃料电池阳极。然而，由于酶的耐受性不足，无法在强酸性或强碱性环境下存活，并且也无法提供稳定的电流，因而限制其在燃料电池方面的应用。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底，用聚乙烯醇与丙三醇混合溶液在柔性基底上修饰亲水表层，并利用石墨烯乙醇溶液作为导电层，并在基底上利用电化学沉积法沉积纳米镍-纳米钯花颗粒，制备出纳米镍-纳米钯花电极。以PdNPs/NiNPs/GN/PDMS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以氢氧化钾溶液为电解质的果糖溶液为燃料组合构建成为该燃料电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：以PdNPs/NiNPs/GN/PDMS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果糖溶液和支持电解质中，设置电位为-0.2～1.3V，记录浓度为1mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、8mmol/L、10mmol/L果糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化果糖溶液的控制过程进行分析。所述支持电解质含1mol/LKOH，pH为14。

进一步地，所述PdNPs/NiNPs/GN/PDMS电极包括：PDMS为基底，石墨烯为导电层，镍钯颗粒为电化学沉积层，所述纳米钯-镍颗粒沉积在PDMS上。

本发明同时请求保护按照上述构建方法制备的果糖燃料电池。

本发明的有益效果为：本发明利用PDMS良好的柔韧性并结合石墨烯良好的导电性，制得一种对果糖具有高灵敏度的电极，且该电极在果糖为基液时，催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点，本燃料电池可用于制作随身充电宝，可用于发电厂及电动汽车等领域。PDMS几乎不导电或者说导电性差，因为石墨烯导电性超级强，涂上石墨烯后，电极导电性超强，这样就可以电沉积镍和钯纳米粒子。金属Pd具有储量丰富、价格便宜等优点，被视为铂的最理想替代金属。然而，钯基催化剂的催化活性还远不及铂类催化剂，无法满足商业化使用的要求。调节钯基催化剂的表面电子结构可使其获得与铂基催化剂相当的催化活性。通过与过渡金属Ni与Pd形成Ni-Pd合金是一种调节Pd电子结构的有效方法。Ni-Pd合金会产生晶格收缩效应，从而会降低Pd的d带中心，这被认为是Pd活性提高的主要原因。镍在酸性条件会与酸反应，导致电极不稳定，因此本发明所以选择碱性电解质。

附图说明

图1为基于PdNPs/NiNPs/GN/PDMS复合电极表面形貌图。

图2为果糖溶液与空白溶液循环伏安曲线对比图；