CN106920971A - 一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途 - Google Patents
一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106920971A CN106920971A CN201710083355.5A CN201710083355A CN106920971A CN 106920971 A CN106920971 A CN 106920971A CN 201710083355 A CN201710083355 A CN 201710083355A CN 106920971 A CN106920971 A CN 106920971A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cluster
- nano fiber
- polyaniline nano
- fiber composite
- carbon electrode
- 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.)
- Granted
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
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- 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
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8846—Impregnation
- H01M4/885—Impregnation followed by reduction of the catalyst salt precursor
-
- 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
- H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途,制备步骤如下:将酒石酸溶于水中,得到酒石酸水溶液,向酒石酸水溶液中加入苯胺,得到混合液A,冰浴冷却;向混合液A中滴加过硫酸铵水溶液,得到混合液B,冰浴保温;向混合液B中放入碳布,冰浴放置;最后,取出碳布,用去离子水和有机溶剂洗涤,得到成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极。本发明制备的产品聚苯胺在碳布表面原位形成规则的成簇状的纳米结构,材料生物相容性更好,比表面积更大。电极的尺寸和形状可以调整,适合实验室、工厂、精密仪器等不同的需求。电极形成的微观结构令其具有更高的粗糙度和更佳的吸附性能,大大提高电化学反应速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途,属于电极材料技术领域。
背景技术
传统的碳基电极具有良好的稳定性且价廉易得,在电极材料应用领域占有重要的地位。然而,导电性与生物相容性不佳是制约其应用的瓶颈。电极修饰技术能够在原有电极的基础上大大提高电极性能,是常用的电极改良方法和设计思路。
其中,导电高分子聚合物聚苯胺因其生物相容性佳导电性能好、易与碳材料形成稳定复合体(《化工新型材料》,2015,43(7):218-220)、且制备技术简单受到研究广泛关注,本发明提供的制备成簇聚苯胺纳米纤维复合电极的方法,可以使聚苯胺稳定锚定于碳布的表面,并在碳布表面形成规则的成簇状的纳米纤维结构,大大提高了材料的比表面积,改善了材料的导电性能,电容能力和生物相容性,同时具有操作简单,尺寸可控等优点,易于工业化放大和应用。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题是提供一种能够改善原有电极性能的,技术简单,成品稳定的碳基电极修饰方法。
本发明所采用的技术方案为:
一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极,所述成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极以碳布为基底,在碳纤维表面原位生长有针状成簇排列的聚苯胺。
一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,步骤如下:
将酒石酸溶于水中,得到酒石酸水溶液,向酒石酸水溶液中加入苯胺,得到混合液A,冰浴冷却;向混合液A中滴加过硫酸铵水溶液,得到混合液B,冰浴保温;向混合液B中放入碳布,冰浴放置;最后,取出碳布,用去离子水和有机溶剂洗涤,得到成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极。
所述混合液A中,苯胺的浓度为0.075mol/L,酒石酸与苯胺的物质的量之比为1:2~8。
制备混合液B时,所使用的过硫酸铵水溶液与混合液A的体积比为1:2,过硫酸铵水溶液的浓度为0.15mol/L。
所述的冰浴放置时间为4~48小时。
所述的有机溶剂为乙醇,甲醇,丙酮,苯,石油醚,乙酸乙酯中的任意一种。
所述的清洗次数为1~5次。
所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极直接用作电极材料。
有益效果:
1.该制备方法技术简单,操作简便,原材料易得,便于实验室制备,也便于工厂进行大规模制备。
2.聚苯胺在碳布表面原位形成规则的成簇状的纳米结构,材料生物相容性更好,比表面积更大。
3.电极的尺寸和形状可以根据需求调整,适合实验室、工厂、精密仪器等不同层次的需求。
4.电极形成的微观结构令其具有更高的粗糙度和更佳的吸附性能,大大提高电化学反应速率。
5.电极非常适用于微生物燃料电池,能够大大提高电池的输出电压。
附图说明
图1为实施例1中所制备的复合电极的表征图,其中,图A为复合电极实物图;图B为复合电极的扫描电镜SEM图片;图C为循环伏安图(电解液为2mol/l硫酸),其中TA1/4是实施例中制备的成簇聚苯胺纳米纤维复合电极的循环伏安图,Ctrl是普通碳布的循环伏安图;图D为成簇聚苯胺纳米纤维复合电极的红外光谱图。
图2为实施例2中所制备的复合电极的实物图(图A)和SEM图(图B)。
图3为实施例1和2中制备的复合电极应用于微生物燃料电池的时间输出电压图,其中,Ctrl为普通碳布电极,作为对照组;TA1/4是实施例1制备的复合电极;TA1/2是实施例2制备的复合电极。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行具体描述或作进一步说明,其目的在于更好的理解本发明的技术内涵,但是本发明的保护范围不限于以下的实施范围。
实施例1:
将0.113g酒石酸溶于40ml水中,室温磁力搅拌0.5h;加入苯胺273.5微升,继续搅拌30min,之后冰浴冷却10min;将过硫酸铵0.685g溶于20ml水中,冰浴10min;将过硫酸铵溶液在冰浴搅拌的条件下逐滴加入苯胺-酒石酸溶液中,之后放入碳布(1*2cm),悬空碳布,保持碳布在水溶液中充分裸露,并停止搅拌;冰浴放置4~48h后取出碳布电极,去离子水和乙醇反复清洗1~5遍。清洗时,所述的乙醇可以用甲醇,丙酮,苯,石油醚,乙酸乙酯替代。
如图1所示,图A为复合电极实物图;由图B的SEM图可看出碳纤维的表面长出了针状成簇排列的聚苯胺,形貌规则,大大提升了材料的比表面积;由图C的循环伏安图可以看出该电极材料具有聚苯胺的特征峰;由图D的红外光谱图,可以看出材料具有N-H、C-N、C-H+等聚苯胺官能团的特征吸收峰;证实了成簇聚苯胺纳米纤维复合电极材料的成功制备。
实施例2:
与实施例1基本相同,但有以下改变:酒石酸为0.226g,所得复合电极的外观图和SEM扫描电镜图片如图2所示。
实施例3:
与实施例1基本相同,但有以下改变:酒石酸为0.057g,所得复合电极应用于微生物燃料电池,所得复合电极的最大输出电压达到373毫伏,同时制备的对照组普通碳布电极的MFC的最大输出电压为126毫伏,所得复合电极能够提升微生物燃料电池的产电性能。
实施例4:
将实施例1和2制备的成簇聚苯胺纳米复合电极应用于微生物燃料电池(MFCs),其时间-输出电压曲线图如图3所示。其中,Ctrl为碳布电极;TA1/4是实施例1制备的复合电极;TA1/2是实施例2制备的复合电极。
由图3可以看出,在微生物燃料电池中,对于成簇聚苯胺纳米纤维复合电极,其产电电压约为传统碳布电极的3倍,显著提升了微生物燃料电池的产电性能。
Claims (8)
1.一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极,其特征在于,所述成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极以碳布为基底,在碳纤维表面原位生长有针状成簇排列的聚苯胺。
2.一种如权利要求1所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,其特征在于,步骤如下:
将酒石酸溶于水中,得到酒石酸水溶液,向酒石酸水溶液中加入苯胺,得到混合液A,冰浴冷却;向混合液A中滴加过硫酸铵水溶液,得到混合液B,冰浴保温;向混合液B中放入碳布,冰浴放置;最后,取出碳布,用去离子水和有机溶剂洗涤,得到成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极。
3.如权利要求2所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,其特征在于,所述混合液A中,苯胺的浓度为0.075mol/L,酒石酸与苯胺的物质的量之比为1:2~8。
4.如权利要求2所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,其特征在于,制备混合液B时,所使用的过硫酸铵水溶液与混合液A的体积比为1:2,过硫酸铵水溶液的浓度为0.15mol/L。
5.如权利要求2所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,其特征在于,所述的冰浴放置时间为4~48小时。
6.如权利要求2所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,其特征在于,所述的有机溶剂为乙醇,甲醇,丙酮,苯,石油醚,乙酸乙酯中的任意一种。
7.如权利要求2所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,其特征在于,所述的清洗次数为1~5次。
8.如权利要求2所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极的制备方法,其特征在于,所述的成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极直接用作电极材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710083355.5A CN106920971B (zh) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | 一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710083355.5A CN106920971B (zh) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | 一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106920971A true CN106920971A (zh) | 2017-07-04 |
CN106920971B CN106920971B (zh) | 2019-12-31 |
Family
ID=59453750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710083355.5A Active CN106920971B (zh) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | 一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106920971B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107706428A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-16 | 江苏大学 | 一种聚苯胺纳米花修饰的碳布电极及其制备方法和用途 |
CN107747223A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-03-02 | 桂林理工大学 | 生物质基碳纤维/聚苯胺复合材料的制备方法及其应用 |
CN107768148A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-06 | 陈少华 | 一种电极材料及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105037718A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-11-11 | 桂林理工大学 | 一种以d-酒石酸为模板制备导电聚苯胺纳米管的方法 |
CN105826090A (zh) * | 2015-09-08 | 2016-08-03 | 南通科技职业学院 | 一种聚苯胺纳米电极材料的制备方法 |
-
2017
- 2017-02-16 CN CN201710083355.5A patent/CN106920971B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105037718A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-11-11 | 桂林理工大学 | 一种以d-酒石酸为模板制备导电聚苯胺纳米管的方法 |
CN105826090A (zh) * | 2015-09-08 | 2016-08-03 | 南通科技职业学院 | 一种聚苯胺纳米电极材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
JINGJING MU等: "Facile fabrication of self-assembled polyaniline nanotubes doped with D-tartaric acid for high-performance supercapacitors", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 * |
SHUIJIAN HE等: "Needle-like polyaniline nanowires on graphite nanofibers: hierarchical micro/nano-architecture for high performance supercapacitors", 《J. MATER. CHEM.》 * |
XIAO GUO等: "High-Performance and Reproducible Polyaniline Nanowire/Tubes for Removal of Cr(VI) in Aqueous Solution", 《THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C》 * |
ZHI-HONG LIAO等: "Enhancement of power production with tartaric acid doped polyaniline nanowire network modified anode in microbial fuel cells", 《BIORESOURCE TECHNOLOGY》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107706428A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-16 | 江苏大学 | 一种聚苯胺纳米花修饰的碳布电极及其制备方法和用途 |
CN107706428B (zh) * | 2017-09-25 | 2020-05-01 | 江苏大学 | 一种聚苯胺纳米花修饰的碳布电极及其制备方法和用途 |
CN107768148A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-06 | 陈少华 | 一种电极材料及其制备方法 |
CN107747223A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-03-02 | 桂林理工大学 | 生物质基碳纤维/聚苯胺复合材料的制备方法及其应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106920971B (zh) | 2019-12-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104240967B (zh) | 一种聚苯胺‑二氧化锰‑氮化钛纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用 | |
He et al. | Deposition and electrocatalytic properties of platinum nanoparticals on carbon nanotubes for methanol electrooxidation | |
CN103440998B (zh) | 一种钴酸锌纳米片列阵/泡沫镍复合电极、制备方法及其应用 | |
CN108010747B (zh) | 一种超级电容器用氮硫双掺杂活性炭的制备方法 | |
CN104616905B (zh) | 聚苯胺‑碳层‑氮化钛纳米线阵列复合材料及其制备方法和应用 | |
CN104979566B (zh) | 复合电极及其制备方法和用途 | |
CN102938331A (zh) | 一种泡沫镍基MnO2/C复合电极材料及其制备方法 | |
CN108172852A (zh) | 一种微生物燃料电池阳极、其制备方法及微生物燃料电池 | |
CN106920971A (zh) | 一种成簇聚苯胺纳米纤维复合碳电极及制备方法和用途 | |
CN106450397B (zh) | 一种氮掺杂石墨烯电极材料的制备方法 | |
CN107768150B (zh) | 一种以碳布为基底的铜离子掺杂聚苯胺电极及其制备方法 | |
CN104867680B (zh) | 用作超级电容器电极的NiCo2O4@NiCo2O4纳米材料及其制备方法 | |
CN102251267B (zh) | 一种NiO多孔薄膜的制备方法 | |
CN107170589A (zh) | 一种MnO2系三元复合超级电容器电极材料的制备方法 | |
CN105355462A (zh) | 一种δ-MnO2厚膜赝电容器电极的制备方法及其应用 | |
CN102691089B (zh) | 采用水电解液在铜基体上制备超疏水表面的电化学方法 | |
CN105420792B (zh) | 一种使聚苯胺在中性介质中电化学活性增强的方法 | |
CN108221028A (zh) | 一种银载体上纳米银涂层的原位电化学制备方法 | |
CN107904570A (zh) | 一种制备镍纳米粒子‑石墨烯‑泡沫镍材料的方法 | |
CN101101973A (zh) | 染料敏化纳米晶太阳能电池用导电聚合物对电极及其制备方法 | |
CN107799797A (zh) | 一种微生物燃料电池阳极及其制备方法 | |
CN110938856A (zh) | 一种镍基薄膜储能材料的新型阳极氧化工艺 | |
CN109518162A (zh) | 一种仿生网粒体结构薄膜材料的制备方法 | |
CN105355468B (zh) | 一种三氧化二锰多孔微米片/泡沫镍复合电极材料的制备方法 | |
CN102653863A (zh) | 一种Ru-Li共掺杂氧化镍薄膜的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |