[发明专利]一种微生物燃料电池阴极催化剂CaFe1-X

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，具体公开了一种微生物燃料电池阴极催化剂，所述微生物燃料电池阴极催化剂为CaFe_1‑XCu_XO₃，其中，0≤X≤0.5。本发明微生物燃料电池阴极催化剂，与Pt/C催化剂相比，制作成本低廉且流程简单，原料来源广泛，应用于微生物燃料电池中，成本较低、维护简单、输出稳定且功率较高。同时，本发明还公开一种微生物燃料电池阴极催化剂的制备方法与应用。

技术领域

本发明涉及一种生物电化学领域，尤其是一种微生物燃料电池阴极催化剂CaFe_1-XCu_XO₃及其制备方法与应用。

背景技术

能源短缺和环境污染是本世纪全世界所面临的两大难题，也是现代化工业亟待解决的难题之一。化石能源的随着开采会不断的减少，同时会对环境造成非常大的污染。因此，一种既能控制污染又能利用污染物质中能源的技术的发展会对全球经济生活可持续发展产生重要影响。微生物燃料电池技术有望兼顾能源与环境两个方面。

微生物燃料电池(MFC)是一种利用细菌降解生物质产生生物电能的装置，能够从废水中回收能量。它效率高，环境友好，被认为是一项非常有前途的技术。MFC反应器由阳极室、质子交换膜与空气阴极组成。附着在阳极上的生物膜在呼吸过程中会产生胞外电子和还原氢气，电子通过导线到达阴极还原氧气，还原氢通过半透膜到达阴极，从而形成闭合回路。相比较传统的燃料电池，MFC能在处理有机废水的同时产电，具有产能和处理废水的双功能性。因为MFC有着处理效果好、清洁可再生能源、维护简单等优点，所以受到了国内外学者的广泛关注。

虽然微生物燃料电池的发展非常的早，但是由于微生物的活性、电极材料的性能、输出功率较低和成本高等问题，以及使用Pt/C催化剂的微生物燃料电池成本高、效率和稳定性较差，这项技术仍然被看成拥有巨大开发潜能的“新”能源技术。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种高催化性能的微生物燃料电池阴极催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种微生物燃料电池阴极催化剂，所述微生物燃料电池阴极催化剂为CaFe_1-XCu_XO₃，其中，0≤X≤0.5。

优选地，所述微生物燃料电池阴极催化剂为CaFe_0.9Cu_0.1O₃。

同时，本发明还公开一种微生物燃料电池阴极催化剂CaFe_1-XCu_XO₃的制备方法，包括如下步骤：

(1)将一水乙酸钙、九水硝酸铁、三水硝酸铜、乙二胺四乙酸和柠檬酸混合，加入去离子水搅拌混匀，得到混合液；

(2)将步骤(1)中混合液进行加热搅拌，加热搅拌过程中滴加氨水，得到溶胶；

(3)将步骤(2)中溶胶，在200～300℃下保温7～9h，得到黑色固体，将其研磨成粉末；

(4)取步骤(3)中的粉末，在750～850℃下保温3～5h，期间通入惰性气体，生成黑色固体；

(5)将步骤(4)中的黑色固体研磨成粉末，得到所述微生物燃料电池阴极催化剂。

优选地，所述步骤(1)中一水乙酸钙、九水硝酸铁、三水硝酸铜、乙二胺四乙酸和柠檬酸的物质的量之比为：一水乙酸钙：九水硝酸铁：三水硝酸铜：乙二胺四乙酸：柠檬酸＝1：0.9：0.1：2：4。

步骤(1)中比例的选择是为了形成钙钛矿结构，保证钙钛矿特性得到保留，同时提高电催化性能。