CN112864400A - 一种基于ito的纳米镍/纳米金复合电极及其应用 - Google Patents

一种基于ito的纳米镍/纳米金复合电极及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112864400A
CN112864400A CN201911181983.2A CN201911181983A CN112864400A CN 112864400 A CN112864400 A CN 112864400A CN 201911181983 A CN201911181983 A CN 201911181983A CN 112864400 A CN112864400 A CN 112864400A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
electrode
ito
nickel
maltose
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.)
Pending
Application number
CN201911181983.2A
Other languages
English (en)
Inventor
孙晶
曹猛
孟维琛
张丹丹
安儒娟
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.)
Dalian University
Original Assignee
Dalian University
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 Dalian University filed Critical Dalian University
Priority to CN201911181983.2A priority Critical patent/CN112864400A/zh
Publication of CN112864400A publication Critical patent/CN112864400A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • 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
    • H01M4/9041—Metals or alloys
    • 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)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明属于燃料电池领域，公开了一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用。以氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底，用聚二烯二甲基氯化铵溶液与聚(4‑苯乙烯磺酸钠)溶液在基底上修饰自主装，并在该自主装层利用电化学沉积法沉积纳米金颗粒、纳米镍颗粒，制备出一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极。本发明制得一种对麦芽糖具有高灵敏度的电极，且该电极在麦芽糖为基液时，催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点，具有良好的催化氧化作用，能提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。

Description

一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用
技术领域
本发明属于燃料电池领域，本发明涉及一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用以及基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极(AuNPs/NiNPs/ITO电极)在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池的应用。
背景技术
能源是人类社会存在和发展的物质基础，当今社会，能源和环境问题已经成为困扰人类社会进步和发展的重大课题。自从英国工业革命以来，以煤炭、石油和天然气等化石燃料为一次能源的供能系统极大地促进了世界各国的经济发展。与此同时，大量使用化石燃料带来了严重的后果：资源枯竭、环境污染、生态资源破坏等。自20世纪70年代发生能源危机以来，人类一直在探寻一种新的、清洁、安全可靠的可持续能源系统，世界各国对新能源与可再生能源日益重视，促进了新能源与可再生资源利用技术和装置的研发。在能源和环保并重的时代，高容量能量转化装置，燃料电池被认为可以满足当今电动车辆需求和实现可再生能源的应用。燃料电池最早发现于1836年，C.F.Schonbein发现了燃料电池的电化学反应。虽然燃料电池已有多年的历史，但是近十几年才被重视。燃料电池的燃料和氧化剂由外部供给，正常状态下，只要反应物不停止供应，就会有生成物生成，从而达到持续发电的目的。但燃料电池依赖于高载量的铂系贵金属催化剂，而铂系贵金属资源稀少、价格高昂，成为制约燃料电池技术实际大规模商业化生产的关键因素。美国能源部对燃料电池大规模生产预估成本的研究报告指出，燃料电池堆56％的成本来自于铂系贵金属催化剂层，且燃料电池反应物来源通常为空气，而空气中含有的杂质气体(CO和SO2等)会与Pt发生强吸附作用，占据活性位使Pt中毒；氢气或甲醇做燃料的阳极，面临着中间产物(如CO)使Pt催化剂失效、失活的问题；且在高电位下铂催化剂及载体碳很容易被氧化造成铂催化剂的流失和载体碳氧化，严重影响电池的性能和寿命。降低甚至摆脱对贵金属Pt的依赖，开发低价且高活性、高利用率的催化剂变得尤为追切。
非铂催化燃料电池主要由阳极、阴极、电解质溶液、燃料构成。目前非铂催化燃料电池阳极研究还处于初步探索阶段，现有的电极应用时存在成本高、催化转化能力低且结构不稳定的缺点。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极及其应用，本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极。为麦芽糖燃料电池的构建提供一种新的应用方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极(AuNPs/NiNPs/ITO电极)；氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底和导电层，纳米镍金颗粒为电化学沉积层，所述纳米金颗粒沉积在纳米镍颗粒上，纳米镍颗粒沉积在ITO上。
以氧化铟锡导电玻璃(ITO)为基底，用聚二烯二甲基氯化铵溶液(PDDA)与聚(4-苯乙烯磺酸钠)溶液(PSS)在基底上修饰自主装，并在该自主装层利用电化学沉积法沉积纳米金颗粒、纳米镍颗粒，制备出一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极。
上述基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池的应用；以AuNPs/NiNPs/ITO电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于麦芽糖溶液和支持电解质中，设置电位为-0.2～1.3V，记录扫描速度范围为20～100mV/S的10mmol/L麦芽糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化麦芽糖溶液的控制过程进行分析。
进一步地，所述支持电解质含1mol/LKOH，pH为14。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明制得一种对麦芽糖具有高灵敏度的电极，且该电极在麦芽糖为基液时，催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点，具有良好的催化氧化作用，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。本发明提供的基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极(AuNPs/NiNPs/ITO电极)在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池可用于制作随身充电宝，可用于发电厂及电动汽车等领域。
附图说明
图1为基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极表面形貌图。
图2为麦芽糖溶液与空白溶液循环伏安曲线对比图。
图3为不同扫速麦芽糖溶液的循环伏安曲线。
图4为不同电极对麦芽糖的响应结果。
图5为不同扫速的麦芽糖的标准曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。
实施例1
AuNPs/NiNPs/ITO电极的制备方法为：
取一块待用的ITO玻璃，用万用表测试ITO玻璃导电面，确保导电面朝下，用玻璃刀切割出尺寸为10*20mm规格的ITO玻璃，备用。将ITO玻璃用去离子水超声清洗30分钟，取出、去离子水冲洗，氮气吹干。依次用丙酮、乙醇超声清洗30分钟，重复上述步骤。将ITO玻璃(导电面朝上)置于紫外臭氧清洗机中，处理30min臭氧处理后，ITO表面有机物经紫外线照射分解，表面形成富氧层，携有大量羟基，使得玻璃表面带有负电荷，利于直接静电交替自组装。
ITO基片自组装具体步骤如下：将ITO玻璃置于PDDA(聚二烯二甲基氯化铵溶液)溶液浸泡5min，取出并用去离子水冲洗，氮气吹干。将PDDA/ITO玻璃放入PSS[聚(4-苯乙烯磺酸钠)]溶液自组装，获得一层(PDDA/PSS)自组装膜。重复上述的过程6次，可制备出(PDDA/PSS)6/ITO玻璃。氮气保护待用。
电极制备具体步骤如下：
(1)采用三电极体系，用PDDA/PSS多层膜改性后的ITO电极作为工作电极，Ag/AgCl电极和铂丝电极为参比电极和对电极放入盛有硫酸镍(1mol/L)溶液的电解池中。采用计时电流法，设置电化学工作站电沉积参数：电压-0.5V，时间1000s。沉积完后的电极氮气保护，放置三天后备用。
采用三电极体系，以纳米结构的Ni/ITO玻璃浸入KAuCl4(5mg/mL)的混合物中，使用铂电极作为对电极，Ag/Ag Cl作为参比电极。设置电压-0.4V，时间为1600s，进行欠电位沉积。沉积完后的电极氮气保护，放置三天后备用。
基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极表面形貌图如图1所示：电极上的纳米粒子颗粒大小和分布均匀，电催化性能尤为突出。
将实施例1制得的基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极应用到应用例1-3中。
应用例1
麦芽糖溶液与空白溶液循环伏安曲线对比
首先，将三电极体系置于pH为1浓度为1mol/L的KOH溶液中，利用循环伏安法，在-0.2～1.3V的电位范围内进行扫描，记录空白溶液的循环伏安曲线；然后，将三电极体系置于含有1mol/L，pH为1的KOH溶液作为支持电解质的10mmol/L的麦芽糖待测液中利用循环伏安法，在-0.2～1.3V的电位范围内进行扫描，记录麦芽糖的循环伏安曲线。如附图2所示：100mV/s的扫描速度下测试基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极在10mmol/L的麦芽糖的催化效果。从图中可以看出基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极对麦芽糖催化活性很好。表明基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极所组成的燃料能将生物能高效转换为电能。
应用例2
AuNPs/NiNPs/ITO电极对不同扫速的相同浓度的麦芽糖的循环伏安响应
依次将三电极体系置于含有1mol/L，pH为1的KOH溶液作为支持电解质的10mmol/L麦芽糖待测液中，在同浓度测试不同扫速的麦芽糖溶液，扫描速率分别为20m V/s、40m V/s、60m V/s、80mV/s、100m V/s，利用循环伏安法，在-0.2～1.3V的电位范围内进行扫描。记录同浓度不同扫速的麦芽糖的循环伏安曲线。如附图3、附图5所示：从图中可以看出，随着扫速不断增大，纳米电极在麦芽糖溶液中的氧化电流也不断增大，氧化峰也不断升高，呈现出良好的催化麦芽糖的线性响应，由此可以证明AuNPs/NiNPs/ITO电极催化麦芽糖是扩散控制。
应用例3
不同电极对麦芽糖的响应
首先，将三电极体系置于pH为1浓度为1mol/L的KOH溶液中,利用循环伏安法，在-0.2～1.3V的电位范围内进行扫描,记录麦芽糖的循环伏安曲线。然后，改变工作电极，以NiNPs/ITO电极为工作电极，利用循环伏安法，在-0.2～1.3V的电位范围内进行扫描，记录循环伏安曲线,如附图4所示:在100mV/s的扫描速度下测试AuNPs/NiNPs/ITO电极和NiNPs/ITO电极在1mol/L，pH为14的KOH溶液作为支持电解质的10mmol/L麦芽糖溶液中的催化效果。通过对比伏安曲线可以看出，AuNPs/NiNPs/ITO电极的催化效果远大于NiNPs/ITO电极，因此AuNPs/NiNPs/ITO电极对麦芽糖的催化活性很好。表明AuNPs/NiNPs/ITO电极所组成的燃料能将生物能高效转换为电能。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极，其特征是，氧化铟锡导电玻璃为基底和导电层，纳米镍金颗粒为电化学沉积层，所述纳米金颗粒沉积在纳米镍颗粒上，纳米镍颗粒沉积在氧化铟锡导电玻璃上。
2.如权利要求1所述的一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极，其特征是：以氧化铟锡导电玻璃为基底，用聚二烯二甲基氯化铵溶液与聚(4-苯乙烯磺酸钠)溶液在基底上修饰自主装，并在该自主装层利用电化学沉积法沉积纳米金颗粒、纳米镍颗粒，制备出一种基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极。
3.如权利要求1所述的基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池的应用，其特征是，以AuNPs/NiNPs/ITO电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极系统，将该三电极系统置于麦芽糖溶液和支持电解质中，设置电位为-0.2～1.3V，记录扫描速度范围为20～100mV/s的10mmol/L麦芽糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化麦芽糖溶液的控制过程进行分析。
4.如权利要求3所述的基于ITO的纳米镍/纳米金复合电极在麦芽糖溶液电催化氧化构建麦芽糖燃料电池的应用，其特征是，所述支持电解质含1mol/LKOH，pH为14。
CN201911181983.2A 2019-11-27 2019-11-27 一种基于ito的纳米镍/纳米金复合电极及其应用 Pending CN112864400A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911181983.2A CN112864400A (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种基于ito的纳米镍/纳米金复合电极及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911181983.2A CN112864400A (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种基于ito的纳米镍/纳米金复合电极及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112864400A true CN112864400A (zh) 2021-05-28

Family

ID=75984727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911181983.2A Pending CN112864400A (zh) 2019-11-27 2019-11-27 一种基于ito的纳米镍/纳米金复合电极及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112864400A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113846335A (zh) * 2021-08-31 2021-12-28 华南师范大学 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

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160380259A1 (en) * 2015-05-26 2016-12-29 National Research Council Of Canada Metallic surface with karstified relief, forming same, and high surface area metallic electrochemical interface
CN107447235A (zh) * 2017-06-20 2017-12-08 广东工业大学 一种纳米多孔金@有序多孔镍复合材料及其制备方法和应用
CN109298053A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 大连大学 一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极测定葡萄糖的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160380259A1 (en) * 2015-05-26 2016-12-29 National Research Council Of Canada Metallic surface with karstified relief, forming same, and high surface area metallic electrochemical interface
CN107447235A (zh) * 2017-06-20 2017-12-08 广东工业大学 一种纳米多孔金@有序多孔镍复合材料及其制备方法和应用
CN109298053A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 大连大学 一种应用AuNPs/AgNWs/PDMS可塑电极测定葡萄糖的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113846335A (zh) * 2021-08-31 2021-12-28 华南师范大学 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
CN113846335B (zh) * 2021-08-31 2023-06-02 华南师范大学 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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lewis Developing a scalable artificial photosynthesis technology through nanomaterials by design
US7241950B2 (en) Solar cell electrolysis of water to make hydrogen and oxygen
CN108425144B (zh) 一种电催化全分解水产氢产氧的喀斯特泡沫镍的制备方法
CN106299394A (zh) 一种高活性碳纤维毡电极材料及其制备方法和应用
CN112813480A (zh) 一种原位生长的银纳米团材料及其制备方法和电催化还原co2应用
CN112864400A (zh) 一种基于ito的纳米镍/纳米金复合电极及其应用
Bosserez et al. Minimization of ionic transport resistance in porous monoliths for application in integrated solar water splitting devices
CN101176844A (zh) 直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法和应用
CN113054228B (zh) CuO-NiNPs/ITO电极的制备方法及其构建甲醇燃料电池的方法
CN113013420B (zh) 一种具有抗毒化能力的果糖燃料电池的制备方法
CN112993266B (zh) 一种应用CuO-NiNPs/碳布可塑电极构建的构建淀粉燃料电池
CN109428088A (zh) 一种高活性碳纤维毡电极材料及其制备方法和应用
CN112886023B (zh) 一种CuO-NiNPs/PET-ITO电极及其应用
CN106987859A (zh) 温和条件下电解水制氢Ag基析氧催化剂膜材料的制备方法
CN104022290B (zh) 一种基于甲酸电氧化的Pd膜电极的修饰方法
Biswas et al. Role of electrolytic pH on the performance of nanostructured partially crystalline Nitrogen-doped Titanium Dioxide thin films in photoelectrochemical water splitting
Chen et al. A Low-Cost Metal-Free Graphite Felt Electrode for Coal-Assisted Water Electrolysis for Hydrogen Production
CN113054206B (zh) 一种NiNPs/AuNPs/GN/AgNWs/纸可塑电极的制备方法及应用
CN113013453B (zh) 一种构建甲醇燃料电池的方法
CN113130914B (zh) 乳糖燃料电池及构建该燃料电池的PtNPs/CuNPs/NiNPs/碳布可塑电极
CN113130950B (zh) 一种应用CuO/泡沫镍电极电催化氧化麦芽糖溶液构建麦芽糖燃料电池的方法
CN112993269B (zh) 一种非酶燃料电池阳极及其制备方法和应用
CN114262915B (zh) 一种hof纳米棒阵列电极及应用
CN113130952A (zh) PdNPs/NiNPs/ITO电极及其电催化氧化乙醇溶液构建乙醇燃料电池的方法
CN113097500B (zh) 一种CuO-NiNPs/AgNWs/CNT/PDMS阳极的制备方法及其应用

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210528

RJ01 Rejection of invention patent application after publication