[发明专利]一种氧化亚铜薄膜及其在燃料电池中的应用

说明书

本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种氧化亚铜薄膜及其在燃料电池中的应用。本发明提供的氧化亚铜薄膜，用于作为氧还原反应催化剂，具有左旋手性结构。本发明提供氧化亚铜薄膜的左旋手性结构能引起电磁场的交叉极化，电子流过具有左旋手性结构的氧化亚铜薄膜时被自旋极化，电子还原氧气的势垒降低，氧化铜薄膜的氧还原效率提高。本发明提供氧化亚铜薄膜能在染料电池中得到应用，能够降低燃料电池的开发成本。

技术领域

本发明涉及无机材料领域，具体涉及一种氧化亚铜薄膜及其在燃料电池中的应用。

背景技术

随着化石能源的日渐枯竭，寻找和利用绿色新能源已经成为人类社会发展的必由之路。燃料电池能够将燃料中的化学能通过电化学反应直接转化为电能，具有较高的能量转化效率和无污染等优点，是极具潜力的新能源器件，成为未来洁净能源发展的重要方向之一。相对于阳极反应来说，电池阴极发生的氧还原反应是一个缓慢的动力学过程，阴极氧还原反应的效率成为限制燃料电池性能提高的关键制约因素。目前，铂（Pt）基催化剂是应用最广泛的氧还原反应催化剂，但是铂基催化剂的成本较高，阻碍了燃料电池的商业化发展与应用，急需开发成本低的氧还原催化剂（如非贵金属氧还原催化剂）和发展简单易行的氧还原催化剂制备方法。

为了提高阴极氧还原反应的效率，需要设法降低阴极氧还原反应的势垒。近年来，手性物质的特殊作用日渐受到重视，在分子探测、偏振光探测及宽频偏振等领域发挥了极其重要的作用。特别值得重视的是，手性结构能引起电磁场的交叉极化，当电子流过具有手性结构的物质时，会在螺旋电磁场的诱导下发生自旋极化，使得电子还原氧气分子的势垒降低，提高催化剂的氧还原效率。和有机手性分子相比，非贵金属氧化物（如氧化亚铜等）的成本低且稳定性高，能够成为优质价低的氧还原催化剂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种制备方法简单，无需特殊设备和苛刻条件，工艺快速易行，可控性强，容易实现大面积制备和规模化生产的一种氧化亚铜薄膜，本发明还提供了使用上述氧化亚铜薄膜在燃料电池中作为氧还原剂的应用，能够有效提高氧还原效率。

本发明所述的一种氧化亚铜薄膜，用于作为氧还原催化剂，它具有左旋手性结构。

进一步地，根据本发明所述的一种氧化亚铜薄膜，它由电化学外延生长法制备。

进一步地，根据本发明所述的一种氧化亚铜薄膜，其中，所述电化学外延生长法包括如下步骤：在含有电解液中，以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂黑电极作为对电极，以沉积基底作为工作电极，给工作电极上施加恒定电压，沉积生长，即得氧化亚铜薄膜，所述电解液中含有手性分子、铜盐以及碱。

进一步地，根据本发明所述的一种氧化亚铜薄膜，所述电解液为左旋手性酒石酸、CuSO₄·5H₂O、NaOH的混合溶液，溶剂为去离子水；其中，左旋手性酒石酸的浓度为0.1 mol/L-0.3 mol/L，CuSO₄·5H₂O的浓度为0.1 mol/L- 0.3 mol/L，NaOH的浓度为2 mol/L-4 mol/L；所述电解液的制备方法包括如下步骤：首先将左旋手性酒石酸与CuSO₄·5H₂O溶液混合均匀，使Cu²⁺离子与左旋手性酒石酸分子络合，然后加入NaOH溶液，混合均匀，即得。

进一步地，根据本发明所述的一种氧化亚铜薄膜，其中，所述恒定电压为-0.4V ~-0.7V。

进一步地，根据本发明所述的一种氧化亚铜薄膜，其中，所述沉积生长的时间为5min ~ 30min。

进一步地，根据本发明所述的一种氧化亚铜薄膜，其中，所述沉积基底为金基底、FTO玻璃或表面溅射5nm金层的石英玻璃片。

本发明还提供了上述任意一种氧化亚铜薄膜在燃料电池中的应用。

本发明有益效果为：