CN105655606B - 一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法 - Google Patents

一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105655606B
CN105655606B CN201610167490.3A CN201610167490A CN105655606B CN 105655606 B CN105655606 B CN 105655606B CN 201610167490 A CN201610167490 A CN 201610167490A CN 105655606 B CN105655606 B CN 105655606B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrazine hydrate
curing
nickel
electrode
electrocatalytic oxidation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610167490.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105655606A (zh
Inventor
王毓德
刘旭
管洪涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yunnan University YNU
Original Assignee
Yunnan University YNU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yunnan University YNU filed Critical Yunnan University YNU
Priority to CN201610167490.3A priority Critical patent/CN105655606B/zh
Publication of CN105655606A publication Critical patent/CN105655606A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105655606B publication Critical patent/CN105655606B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/10—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using catalysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9008—Organic or organo-metallic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

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

一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法
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9.64mA cm–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)

1.一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法，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；
对于原位生长的二硫化三镍集流电极，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后作为后续测试的工作电极使用。
2.由权利要求1所述的一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法，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。
3.由权利要求1所述的一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法，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。
CN201610167490.3A 2016-03-23 2016-03-23 一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法 Expired - Fee Related CN105655606B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610167490.3A CN105655606B (zh) 2016-03-23 2016-03-23 一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610167490.3A CN105655606B (zh) 2016-03-23 2016-03-23 一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105655606A CN105655606A (zh) 2016-06-08
CN105655606B true CN105655606B (zh) 2018-05-11

Family

ID=56494203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610167490.3A Expired - Fee Related CN105655606B (zh) 2016-03-23 2016-03-23 一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105655606B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518263B (zh) * 2019-08-22 2020-10-23 浙江大学 硫酸钒均相辅助催化的直接肼燃料电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276925A (zh) * 2008-04-30 2008-10-01 浙江大学 直接式硼氢化钠-肼混合燃料电池
CN103397339A (zh) * 2013-07-26 2013-11-20 华南理工大学 一种电解水产氧复合催化电极及其制备方法与应用
CN103606462A (zh) * 2013-11-15 2014-02-26 黑龙江大学 一种NiS/Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN104201380A (zh) * 2014-08-19 2014-12-10 北京科技大学 一种具有片层结构的纳米Ni3S2材料的制备方法
CN105247713A (zh) * 2013-05-22 2016-01-13 松下知识产权经营株式会社 钠离子二次电池用负极活性物质、其制造方法和钠离子二次电池

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9028793B2 (en) * 2009-12-02 2015-05-12 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Catalyst for generating hydrogen and method for generating hydrogen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101276925A (zh) * 2008-04-30 2008-10-01 浙江大学 直接式硼氢化钠-肼混合燃料电池
CN105247713A (zh) * 2013-05-22 2016-01-13 松下知识产权经营株式会社 钠离子二次电池用负极活性物质、其制造方法和钠离子二次电池
CN103397339A (zh) * 2013-07-26 2013-11-20 华南理工大学 一种电解水产氧复合催化电极及其制备方法与应用
CN103606462A (zh) * 2013-11-15 2014-02-26 黑龙江大学 一种NiS/Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
CN104201380A (zh) * 2014-08-19 2014-12-10 北京科技大学 一种具有片层结构的纳米Ni3S2材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105655606A (zh) 2016-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Ternary NiCoP nanosheet array on a Ti mesh: a high-performance electrochemical sensor for glucose detection
Ma et al. Comparison of ethanol electro-oxidation on Pt/C and Pd/C catalysts in alkaline media
Jiang et al. A non-enzymatic hydrogen peroxide sensor based on a glassy carbon electrode modified with cuprous oxide and nitrogen-doped graphene in a nafion matrix
del Rosario et al. Unravelling the roles of alkali-metal cations for the enhanced oxygen evolution reaction in alkaline media
CN110227496A (zh) 一种纳米片组成的微球状Fe掺杂二硫化三镍纳米结构材料、制备方法及应用
Kim et al. Performance of air-breathing direct methanol fuel cell with anion-exchange membrane
Manzoor Bhat et al. Fuel exhaling fuel cell
Li et al. A novel mixed-potential type NH3 sensor based on Ag nanoparticles decorated AgNbO3 sensing electrode synthesized by demixing method
Raoof et al. Poly (N-methylaniline)/nickel modified carbon paste electrode as an efficient and cheep electrode for electrocatalytic oxidation of formaldehyde in alkaline medium
Wang et al. Common pitfalls of reporting electrocatalysts for water splitting
Spanos et al. Poly (ionic liquid) binders as ionic conductors and polymer electrolyte interfaces for enhanced electrochemical performance of water splitting electrodes
CN101454930A (zh) 一种评估用于电池的电极催化剂的性能的方法、搜索方法、用于电池的电极催化剂和使用所述电极催化剂的燃料电池
Ortiz et al. Necessity of oxygenated surface species for the electrooxidation of methanol on iridium
CN105655606B (zh) 一种二硫化三镍电极材料电催化氧化水合肼的方法
CN103464783A (zh) 枝状纳米结构铂催化剂的制备方法
Han et al. Role of noncovalent interactions on the electrocatalytic oxidation of ethanol in alkali metal hydroxide solutions
CN103831121A (zh) 一种氮掺杂介孔石墨烯微球及其制备与应用
Ojani et al. Nickel–poly (o-aminophenol)-modified carbon paste electrode; an electrocatalyst for methanol oxidation
CN107121466A (zh) 一种炭氮复合材料修饰的工作电极检测微量重金属的电化学方法
Qian et al. Hierarchical CoWO4/NixFeyS microspheres bearing crystalline-amorphous interface as a multifunctional platform for outperformed water splitting and sensitive hydrazine sensing
Kim et al. Using distribution of relaxation times to separate the impedances in the membrane electrode assembly for high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells
Bel’mesov et al. Electrochemical sensors based on platinized Ti 1− x Ru x O 2
CN107093747A (zh) 一种吡啶氮掺杂的氢取代共轭碳材料在氧还原中的应用
Fraiwan et al. A micro-sized microbial fuel cell with electrochemical sensing functionality
Goodwin et al. Hydrogen electrooxidation under conditions of high mass transport in room-temperature ionic liquids and the role of underpotential-deposited hydrogen

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180511