[发明专利]基于NiNPs/AuNPs/CFP电极电催化氧化蔗糖溶液构建蔗糖燃料电池的方法

说明书

本发明涉及基于NiNPs/AuNPs/CFP电极电催化氧化蔗糖溶液构建蔗糖燃料电池的方法。以NiNPs/AuNPs/CFP可塑电极为工作电极，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蔗糖溶液和支持电解质中，设置初始电位为‑0.2V，终止电位为1.3V，记录扫描速度范围为20～100mV/S的10mmol/L蔗糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化蔗糖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

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种基于CFP的纳米金/纳米镍复合电极在蔗糖溶液电催化氧化构建蔗糖燃料电池的应用。

背景技术

随着社会的发展，对化石燃料的需求飞速增长，加速了化石燃料的枯竭及其对环境的严重污染，因而限制人类社会的发展和严重影响人类健康。为了减轻化石燃料对环境的污染和对人类健康的影响，找到化石燃料的替代品至关重要。目前世界各地积极且广泛的开展可在生能源的技术研究和开发利用。目前，化石燃料的主要替代品有生物柴油、液态氢气、太阳能、风能等，燃料电池也是化石燃料的替代品。该替代品在来源分布，运输等方面优于其他替代品，且燃料电池高清洁、高转化率、低排放等优势被应用于解决能源问题。

发明内容

为弥补现有技术的空白，本发明开发了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。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明以碳纸（CFP）为基底，并在基底上利用电化学沉积法沉积纳米金-镍颗粒，制备出纳米金-镍电极。

本发明以NiNPs/AuNPs/CFP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蔗糖溶液为燃料组合构建成为该燃料电池。构建的NiPs/AuNPs/CFP阳极与阴极通过导线连接，插入的蔗糖溶液中，自发反应氧化蔗糖，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。

所述的NiPs/AuNPs/CFP电极包括基底层和导电层CFP，纳米镍、纳米金颗粒为电化学沉积层，所述纳米镍颗粒沉积在纳米金颗粒上，纳米金颗粒沉积在CFP上。

进一步地，所述支持电解质为1mol/L KOH，pH 为14。

对上述燃料电池进行性能测试：

以NiNPs/AuNPs/CFP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蔗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 20～100 mV/S的10mmol/L蔗糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化蔗糖溶液的控制过程进行分析。

本发明同时请求保护上述燃料电池在生物燃料电池领域的应用。

采用CFP作为基底和导电层的作用与优势是：CFP具有良好的导电性，且具有柔性，可以做成柔性可穿戴设备的供电系统。金纳米粒子采用计时电流法沉积，也就是在恒电位下沉积下来的纳米粒子，得到的金纳米粒子均一，使电极抗毒化能力强。纳米镍颗粒的加入一方面是为了降低成本，更主要的是镍与金的协同催化，使电极催化相同浓度的蔗糖时，具有更高的电流，可以提供更高的功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用CFP良好的导电性，制得一种对蔗糖具有高灵敏度的电极，且该电极在蔗糖为基液时，催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点，本发明的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。采用本发明方法制备的燃料电池具有较高的电流密度及输出功率。

附图说明