CN112886022A - 一种PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极及其应用，属于燃料电池技术领域。主要技术方案为以碳布为基底和导电层，纳米镍铂颗粒为电化学沉积层，所述纳米铂颗粒沉积在纳米镍颗粒上，纳米镍颗粒沉积在碳布上。本发明利用碳布良好的导电性，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，本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。

Description

一种PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极及其应用
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极及其应用。
背景技术
随着社会的发展，对化石燃料的需求飞速增长，加速了化石燃料的枯竭及其对环境的严重污染，因而限制人类社会的发展和严重影响人类健康。为了减轻化石燃料对环境的污染和对人类健康的影响，找到化石燃料的替代品至关重要。目前世界各地积极且广泛的开展可在生能源的技术研究和开发利用。目前，化石燃料的主要替代品有生物柴油、液态氢气、太阳能、风能等，燃料电池也是化石燃料的替代品。该替代品在来源分布，运输等方面优于其他替代品，且燃料电池高清洁、高转化率、低排放等优势被应用于解决能源问题。
发明内容
本发明目的是开发一种非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，以获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极。本发明以碳布为基底，用酞菁(氨基酞菁：CoTAPc)和多酸(P2Mo18)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铂镍颗粒，制备出纳米铂镍电极。在此基础上为麦芽糖燃料电池的构建提供一种新的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极，以碳布为基底和导电层，纳米镍铂颗粒为电化学沉积层，所述纳米铂颗粒沉积在纳米镍颗粒上，纳米镍颗粒沉积在碳布上；
所述PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极是按照如下方法制备的：
(1)采用三电极体系，用酞菁/多酸碳布电极作为工作电极，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溶液的电解池中，采用多电位阶跃制备得到纳米结构的Ni/碳布；
(2)将纳米结构的Ni/碳布浸入5mmol/L K2PtCl4与0.05mol/LK2SO4的混合物中，使用铂电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，设置电压-0.4V，时间为3200s，进行欠电位沉积，沉积后进行氮气保护，放置三天即得PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极。
本发明同时请求保护所述的PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极在构建麦芽糖燃料电池中的应用。
以PtNPs/NiNPs/碳布电极为工作电极，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-0.2-1.2V，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。
本发明的有益效果如下：本发明利用碳布良好的导电性，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，本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为基于碳布的纳米镍/纳米铂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；
其中：a、麦芽糖溶液，b、空白溶液。
图3为不同扫速麦芽糖溶液的循环伏安曲线。
其中：a、100mV/s，b、80mV/s，c、60mV/s，d、40mV/s，e、20mV/s。
图4为不同扫速的麦芽糖的标准曲线。
图5为PtNPs/NiNPs/碳布电极抗毒化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不以任何形式受限于实施例内容。实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；如无特殊说明，所述实验试剂和材料，均可从商业途径获得。
下述实施例PtNPs/NiNPs/碳布电极的制备方法为：
取一块待用的碳布用剪刀剪出尺寸为10*20mm规格的，备用。将碳布用乙醇清洗30分钟，取出、去离子水冲洗，氮气吹干，备用。
碳布基片自组装具体步骤如下：将碳布玻璃置于酞菁(氨基酞菁：CoTAPc)浸泡20min，取出烘干。将CoTAPc/碳布放入多酸(P2Mo18)溶液浸泡20min，取出烘干，氮气保护待用。
电极制备具体步骤如下：
(1)采用三电极体系，用酞菁(氨基酞菁：CoTAPc)/多酸(P2Mo18)碳布电极作为工作电极，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(1M)溶液的电解池中。采用多电位阶跃，设置电化学工作站电沉积参数Step1电位：-0.1v，保持时间20s，Step2电位：-0.2v，保持时间50s，Step3电位：-0.3v，保持时间100s，Step4电位：-0.4v，保持时间200s，Step5电位：-0.5v，保持时间300s，Step6电位：-0.6v，保持时间400s，Step7电位：-0.7v，保持时间500s，Step8电位：-0.8v，保持时间550s，Step9电位：-0.9v，保持时间600s，Step10电位：-1.0v，保持时间300s，Step11电位：-1.1v，保持时间200s，Step12电位：-1.2v，保持时间100s，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/碳布浸入K2PtCl4(5mmol/L)和0.05mol/L的K2SO4的混合物中，使用铂电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极。设置电压-0.4V，时间为3200s，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。
基于碳布/纳米镍铂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。
实施例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14浓度为1mol/L的KOH溶液中，利用循环伏安法，在-0.2～1.2V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14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-0.2～1.2V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Pt-Ni电极在10mmol/L的麦芽糖的催化效果。从图中可以看出Pt-Ni电极对麦芽糖催化活性很好。表明Pt-Ni/碳布电极所组成的燃料能将生物能高效转换为电能。
实施例2PtNPs/NiNPs/碳布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14的KOH溶液作为支持电解质的10mm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-0.2～1.2V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4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Pt-Ni电极催化麦芽糖是扩散控制。
实施例3电极抗毒化能力的测定
首先，将三电极体系置于pH为14的1mol/L的KOH溶液中，利用时间电流法，在0.7V的电位下，记录乙醇的时间电流曲线。然如附图5所示：在经过1000s的抗毒化之后，电流还保持原始电流的70％，所以电极的抗毒化能力强，结构稳定。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极，其特征在于，碳布为基底和导电层，纳米镍铂颗粒为电化学沉积层，所述纳米铂颗粒沉积在纳米镍颗粒上，纳米镍颗粒沉积在碳布上；
所述PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极是按照如下方法制备的：
(1)采用三电极体系，用酞菁/多酸碳布电极作为工作电极，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溶液的电解池中，采用多电位阶跃制备得到纳米结构的Ni/碳布；
(2)将纳米结构的Ni/碳布浸入5mmol/L K2PtCl4与0.05mol/LK2SO4的混合物中，使用铂电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，设置电压-0.4V，时间为3200s，进行欠电位沉积，沉积后进行氮气保护，放置三天即得PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极。
2.如权利要求1所述的PtNPs/NiNPs/碳布可塑电极在构建麦芽糖燃料电池中的应用。
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