[发明专利]CuO-NiNPs/ITO电极的制备方法及其构建甲醇燃料电池的方法

说明书

本发明涉及CuO‑NiNPs/ITO电极的制备方法及其构建甲醇燃料电池的方法。以CuO‑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甲醇溶液和支持电解质中，设置初始电位为‑0.2V，终止电位为1.2V，记录扫描速度范围为20～100mV/S的100mmol/L甲醇的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化甲醇溶液的控制过程进行分析。本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。

技术领域

本发明涉及新能源领域，更具体涉及一种基于ITO的纳米镍-氧化铜复合电极CuO-NiNPs/ITO电极在甲醇溶液电催化氧化构建甲醇燃料电池的应用。

背景技术

进入到21世纪，人类面临的是不断加剧的环境污染问题和能源危机。一方面，大量燃烧化石燃料释放的有害气体，包括NO_X、SO_X等以及各种可吸入颗粒物，这些气体及各种可吸入颗粒对环境造成了巨大的破坏，引发了人们对自身生存状况的担忧。另一方面，化石燃料的开采量剧增、储量下降、幵采难度增大等问题阻碍了人类经济、社会的发展。这就使得对高效、清洁的替代能源的研究提上了日程。为了减少对化石能源的依赖并提升生活品质，人们一方面要加大力度开发利用可再生能源，如因地制宜地利用太阳能、风能、水力能、地热能和生物能等。另一方面要提高现有能源的利用效率，提高效率。这样可以在不降低生活品质的条件下减少对能源的需求量，减少污染物的排放。

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醇类燃料电池的研究。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

本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。

本发明的发明构思是：在燃料电池中，醇类燃料电池以廉价易得的醇类为燃料，燃料在常温常压下为液体，相比于其它燃料电池而言，具有安全可靠、能量密度高、操作温度低、无电解质腐烛等优点，此外，作为燃料的醇类来源广泛、廉价易得。而甲醇来源广泛，是可再生能源，所制燃料电池体积小巧，燃料利用便利，洁净环保。因此，醇类燃料电池的研究具有很大的应用潜力。

本发明以氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底并在基底上利用电化学沉积法沉积纳米镍-氧化铜颗粒，制备出纳米镍-氧化铜电极。以CuO-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以氢氧化钾溶液为电解质的甲醇溶液为燃料组合构建成为该燃料电池。将构建的CuO-NiNPs/ITO阳极与阴极通过导线连接，插入的甲醇溶液中，自发反应氧化甲醇，实现生物质能向电能转化，阳极产生的电子通过导线传递到阴极上，将氧气还原成氢氧根离子，实现电能的存储。

本发明第一个目的是提供一种CuO-NiNPs/ITO电极的制备方法，采用的技术方案为：以ITO为基底和导电层，纳米镍-氧化铜颗粒的电化学沉积层，所述纳米镍-氧化铜颗粒沉积在ITO上。

进一步的，所述的电极制备具体步骤如下：