[发明专利]一种利用铂修饰二氧化钛电极或氧化镍电极增强亚硫酸钠和葡萄糖协同氧化的方法

说明书

本发明属于电化学催化技术领域，公开了一种利用铂修饰二氧化钛电极或氧化镍电极增强亚硫酸钠和葡萄糖协同氧化的方法。本发明以铂修饰二氧化钛电极或氧化镍/氧化铟锡电极作阳极，利用亚硫酸钠对葡萄糖进行协同氧化，成功构建了一种燃料转换效率分别达到86.4％和81.9％的燃料电池，并基于此燃料电池用于多孔泡沫镍阴极上氢气的析出，该方法燃料转化效率高，操作简便，大幅提高提高了析氢效率，有望大规模量产。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，特别涉及一种利用铂修饰二氧化钛电极或氧化镍电极增强亚硫酸钠和葡萄糖协同氧化的方法。

背景技术

由于化石燃料的储量有限和燃烧化石燃料对生态的有害影响，人们越来越关注清洁和可持续能源的高效生产以替代传统能源。常见的新能源有太阳能、风能、生物质能、氢能、地热能等，而氢是地球上最丰富的元素，其单位质量化学能为142MJ kg^-1，氢能可以通过电解水制备，地球上的水资源极其丰富，以电解水制备氢气有巨大优势以及宽广的应用前景。水电解法制氢是利用电能使水分解，从而得到所需要的氢气，其特点是产品纯度高、操作简便、可控性大，被认为是未来制氢的主流方向。然而，电解水反应中阴极氢析出反应(HER)以及阳极氧析出反应(OER)对贵金属的依赖以及较高的过电势导致电能消耗过高，限制了电解水的广泛应用，为了进一步降低制氢过程中的电能消耗，降低析氢的过电位，研究者开始借助燃料电池用于析出氢气，而葡萄糖作为光合作用的产物，能量密度较高，是一种理想的可再生燃料，在已有的研究中，研究者通过加入抗坏血酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸等用于氧化葡萄糖构建燃料电池，葡萄糖的催化氧化有利于加速制氢，而使用亚硫酸钠协同催化氧化葡萄糖的研究较少。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种利用铂修饰二氧化钛电极或氧化镍电极增强亚硫酸钠和葡萄糖协同氧化的方法；该方法借助铂修饰二氧化钛电极或镍氧化物电极作为阳极用于增强亚硫酸钠协同氧化葡萄糖，用于高效电催化氧化以及高效产氢。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种利用铂修饰二氧化钛电极或氧化镍电极增强亚硫酸钠和葡萄糖协同氧化的方法，包括以下步骤：

(1)通过浸渍-提拉法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上沉积一层二氧化钛薄膜，然后利用恒电位沉积法在二氧化钛上沉积一层纳米铂粒子，最后恒温干燥得到铂修饰二氧化钛电极；通过电沉积技术在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上沉积一层球状氧化镍薄膜，然后恒温干燥得到氧化镍电极；

(2)以步骤(1)制得的铂修饰二氧化钛电极或氧化镍电极作阳极，以饱和甘汞电极作参比电极，以多孔泡沫镍电极作阴极；以阳极、阴极、参比电极与电化学工作站构建三电极电化学反应体系，在阳极室中加入硫酸钠溶液、葡萄糖溶液和亚硫酸钠溶液，在阴极室加入硫酸钠溶液，阴极室与阳极室之间使用交换膜连接，构建成电催化燃料电池；其中阴极室中加入一个刻度为5毫升的塑料管套在阴极电极外，封闭塑料管口，在塑料管底部打孔，与外部溶液连通，利用排空气法的原理测量多孔泡沫镍电极上产生的氢气体积；

(3)使用电化学工作站的计时电流法外加电压到步骤(2)构建的电催化燃料电池中，读取多孔泡沫镍上氢气的析出量。

步骤(1)所述的恒电位沉积法的反应时间为100～500s。

步骤(1)所述恒温干燥是在20～50℃下进行。

步骤(1)所述氧化铟锡(ITO)导电玻璃的导电参数为5～15Ωsq^-1。

步骤(2)所述阳极的尺寸为0.05～10cm²，所述阴极的尺寸为0.05～10cm²。

步骤(2)所述多孔泡沫镍电极的孔隙率为90～99％，孔径为0.05～1mm。