CN105655606A - 二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用，属于电催化氧化电极材料领域。使用本发明所涉及的二硫化三镍作为电极活性材料，用于水合肼燃料电池阳极和水合肼电化学传感器电极的电催化氧化水合肼相关应用。用于水合肼燃料电池阳极材料，具有高电流密度、低起始电位和耐久性的优点；用于水合肼电化学传感器电极材料，具有高灵敏度、高线性响应、高稳定性以及良好的抗干扰能力的优点。低廉的价格以及良好的性能，使得其具有较好的实际应用价值。

Description

二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用
技术领域
本发明涉及二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用，属于电催化氧化电极材料领域。
背景技术
电氧化水合肼主要应用在水合肼燃料电池以及水合肼电化学传感器。
由于水合肼具有可与硼氢化钠、甲醇以及甲醛相媲美的高含氢量（8wt.%），因此被认为是燃料电池的理想燃料。采用水合肼作为燃料的燃料电池（水合肼燃料电池），具有高理论电池电压和高能量密度，其电池反应产物为环境友好的氮气与水，并且不含有羰基等中间产物，能够减少电池设计难度。因此，直接式水合肼燃料电池被认为是一种理想的，极具有应用潜力的能量转换装置。水合肼燃料电池阳极上所发生的反应即为电催化氧化水合肼过程。
同时，水合肼也是一种高毒性物质，可通过吸入、食入以及皮肤接触被人吸收，能够引起头晕、恶心以及中枢神经的伤害。但水合肼极强的还原性又使得其被作为原料广泛应用于医药、农药、染料、发泡剂和显像剂等生产中。因此在使用、运输、储存和生产水合肼的场所进行水合肼浓度的检测十分必要。电催化氧化水合肼的过程中，会释放出电子，从而使得电极的电流密度增大，可实现对水合肼的检测。依据此种机理进行检测的装置被称为水合肼电化学传感器。
无论是水合肼燃料电池或是水合肼电化学传感器，具有高催化活性的电极材料是获得高性能的关键。而目前应用于电催化氧化水合肼的电极材料多为铂、钯、金和银等贵金属材料，其高昂的价格限制了电催化氧化水合肼在相关领域的应用。
本发明所采用的应用于电催化氧化水合肼的二硫化三镍电极材料具价格低廉、催化活性高、以及耐久性强的优点。作为水合肼燃料电池阳极，具有低起始电位和高电流密度；作为水合肼电化学传感器电极，具有高灵敏度、良好的线性、以及一定的抵抗其他物质干扰的能力。
本发明采用二硫化三镍作为电极材料作为电催化氧化水合肼的电极材料，未见相关文献报道和专利申请。
发明内容
本发明的目的是：以低廉的二硫化三镍替代昂贵的贵金属作为电催化氧化水合肼的电极材料，应用于水合肼燃料电池的阳极和水合肼电化学传感器电极的电催化氧化水合肼。
本发明具体内容如下：
1．以二硫化三镍作为电极活性材料制成电极。
2．上述发明内容1所述的电极，应用于水合肼燃料电池阳极。通过循环伏安法在含有水合肼的溶液中测试，测试其起始电位和电流密度，以评估其催化活性；通过计时电流法测试电极在含有水合肼的溶液中电流随时间变化曲线，评估其耐久性。
3．上述发明内容1所述的电极，应用于水合肼电化学传感器电极。测试对不同浓度水合肼获得灵敏度、检测限和响应线性；通过对同一浓度水合肼的长期检测，测试其稳定性与重复性；在加入其它物质的同时对水合肼进行测试，检测其抗干扰能力。
附图说明
图1为以二硫化三镍为活性材料制成的电极的X射线衍射图。
图2为基于二硫化三镍的电极在不同浓度水合肼溶液中的循环伏安曲线。
图3为基于二硫化三镍的电极的耐久性。
图4为基于二硫化三镍的电极对不同浓度水合肼的计时电流曲线。
图5为基于二硫化三镍的电极对不同浓度水合肼的响应值。
图6为基于二硫化三镍的电极对水合肼检测的稳定性。
图7为基于二硫化三镍的电极对水合肼进行检测的抗干扰性。
具体实施方式
1．电极的制作
对于原位生长的二硫化三镍集流极电极，可直接作为后续测试所用的工作电极。对于二硫化三镍粉体，将其与酒精、粘接剂以及导电炭黑混合均匀至适当浓度后，涂覆至集流极上，在60℃干燥24h后即可作为后续测试的工作电极使用。本发明实施实例中采用的集流极为泡沫镍，但电极制作所使用的集流极并不局限于泡沫镍。如图1所示的制作的电极的X射线衍射图，金属镍的衍射峰由泡沫镍集流极所造成，除此外的衍射峰为二硫化三镍的特征峰，确定实施实例中所用电极活性材料为二硫化三镍。
2．作为水合肼燃料电池阳极的性能测评
采用三电极体系，以所制作的基于二硫化三镍电极作为工作电极，铂片作为对电极，甘汞电极作为参比电极，0.1M氢氧化钾溶液作为背景溶液。通过电化学工作站进行相关测试。
3．作为水合肼电化学传感器电极的性能测评
采用三电极体系，以所制作的基于二硫化三镍电极作为工作电极，铂片作为对电极，甘汞电极作为参比电极，0.1M氢氧化钾溶液作为背景溶液。通过电化学工作站进行相关测试。对不同浓度水合肼的检测中，测试体系内水合肼浓度的变化通过逐次注射计算量水合肼实现。稳定性和重现性的测定时通过在两周的时间内每两天测定一次同浓度水合肼实现。抗干扰性的测试通过在测试水合肼的过程中加入其它物质实现。
以下为采用本发明所述实施方式进行二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用实例，以帮助进一步理解本发明。
实施例一：
采用基于二硫化三镍的电极，在0和10mM水合肼溶液中以50mV/s的扫描速率获得的循环伏安曲线，如图2。在加入水合肼后，曲线在0.5V处出现关于水合肼的电催化氧化峰，并且该峰电流密度高达9.64mAcm–2。同时曲线在–0.15V时迅速上升，说明具有较低的起始电压。表明二硫化三镍具有高的电催化氧化水合肼的能力，包括高电流密度和低起始电位，可用作水合肼燃料电池的阳极材料。
实施例二：
采用基于二硫化三镍的电极，测试其在0.5V的工作电压下，对10mM水合肼的计时电流曲线，如图3。电极在100s达到其扩散平衡后，在其后900s内保持稳定的电流密度，说明二硫化三镍对电催化氧化水合肼具有良好的耐久性，可应用作水合肼燃料电池的阳极材料。
实施例三：
采用基于二硫化三镍的电极，在0.5V的工作电压下，测试其对不同浓度（1、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500μM）水合肼的敏感特性，如图4、5所示。该电极对1μM水合肼的响应时间仅为4.8s，并且在所测浓度范围内，达到平衡后可较好的保持响应值；同时在1到300μM测试范围内具有良好的线性，计算得到检测限低达0.045μM。表明二硫化三镍对水合肼具有良好的动态响应特性、高灵敏度和良好的线性，可应用于水合肼电化学传感器的电极材料。
实施例四：
采用基于二硫化三镍的电极，在0.5V的工作电压下，测试其对50μM水合肼的敏感性能，隔两天测试一次，测试结果见图6。表明二硫化三镍作为电极材料对水合肼进行检测时具有良好的稳定性与重现性。
实施例五：
采用基于二硫化三镍的电极，在0.5V的工作电压下测试其对50μM水合肼的敏感性能的同时添加相同浓度的氯化钾、氯化钠、硫酸铵、氟化铵、尿素和乙醇，测评其抗干扰性，结果如图7。说明二硫化三镍作为电极材料对水合肼进行检测时具有一定的抗干扰能力。

Claims (3)

1.二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用，其特征是使用二硫化三镍作为电极活性材料，应用于水合肼燃料电池和水合肼电化学传感器的电催化氧化水合肼。
2.如权利要求1所述的二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用，其特征是使用二硫化三镍作为电极活性材料，应用于水合肼燃料电池的阳极，具有高催化活性，包括高电流密度、低起始电位和耐久性的特点，是一种良好的水合肼燃料电池的阳极材料。
3.如权利要求1所述的二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的应用，其特征是使用二硫化三镍作为电极活性材料，应用于水合肼电化学传感器的电极，具有灵敏度高、响应时间短、响应线性好、长期稳定性和抗干扰等特点，是一种良好的水合肼电化学传感器电极材料。
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