權(quán)利要求書： 1.一種電催化氧化乙醇燃料電池的構(gòu)建方法，其特征是，包括以下步驟：
(1)采用
碳納米管海綿為基底，將其裁剪為合適的大??；
(2)采用
電化學(xué)方法在改性的碳納米管海綿電極上進(jìn)行花狀納米金沉積：
以碳納米管海綿為工作電極，Pt電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，采用時(shí)間?電流法，設(shè)置電壓為?0.2，沉積400s?1600s，濃度0.1mol/L的氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液，得到Au/碳納米管海綿電極；
(3)利用時(shí)間?電流法制備出具有多級(jí)納米結(jié)構(gòu)Au?Ni?Pt/碳納米管海綿電極，再將其作為燃料電池陽(yáng)極備用：以Au/碳納米管海綿電極為工作電極，Pt電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，以金、鎳、鉑的混合液為電解質(zhì)溶液，設(shè)置電壓?0.2，沉積400s～1600s；
(4)采用鉑電極構(gòu)成燃料電池陰極；
(5)將制備的陽(yáng)極與陰極通過(guò)導(dǎo)線連接，插入乙醇溶液中，構(gòu)建電催化氧化乙醇燃料電池；所述步驟(5)中，在陽(yáng)極池中加入濃度0.1mol/L的氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液，加入濃度為0.1mol/L的乙醇作為燃料，在陰極池中加入濃度為0.1mol/L，pH值為8～14的乙醇溶液，兩池之間用陰離子交換膜連接，以此構(gòu)建形成電催化氧化乙醇燃料電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征是，所述步驟(1)具體為：電極基底預(yù)處理：首先將碳納米管海綿切為2*2cm，厚度為0.2mm的正方體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征是，所述步驟(3)電解質(zhì)溶液的配置：將硫酸溶液稀釋為0.5mol/L，再將一定量的固體氯金酸鉀，硫酸鎳，四氯亞鉑酸鉀溶解于該硫酸溶液中，制得3mg/mL的金、鎳、鉑的混合溶液，放置一天。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征是，還包括步驟(6)對(duì)乙醇燃料電池性能的測(cè)試：以Au?Ni?Pt/碳納米管海綿陽(yáng)極為工作電極，Pt電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，插入濃度為0.1mol/L乙醇溶液中，采用循環(huán)伏安法，設(shè)置電壓范圍為0～1.2，掃速為50m/s。
說(shuō)明書： 一種電催化氧化乙醇燃料電池的構(gòu)建方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電催化氧化乙醇燃料電池的構(gòu)建方法。背景技術(shù)[0002] 進(jìn)入到21世紀(jì)，人類面臨的是不斷加劇的環(huán)境污染問(wèn)題和能源危機(jī)。一方面，大量燃燒化石燃料釋放的有害氣體，包括，NOX、SOX等，以及各種可吸入顆粒物對(duì)環(huán)境造成了巨大的破壞，引發(fā)了人們對(duì)自身生存狀況的擔(dān)憂。另一方面，化石燃料的開采量劇增、儲(chǔ)量下降、幵采難度增大等能源問(wèn)題阻礙了人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展。這就使得對(duì)高效、清潔的替代能源的研究提上了日程。為了減少對(duì)化石能源的依賴并提升生活品質(zhì)，一方面，要加大力度開發(fā)利用可再生能源，如因地制宜地利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力能、地?zé)崮芎蜕锬艿?。另一方面，則要提高現(xiàn)有能源的利用效率。提高效率，可以在不降低生活品質(zhì)的條件下減少對(duì)能源的需求量，減少污染物的排放。而燃料電池作為一種能量轉(zhuǎn)化裝置，可將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。因其不受卡諾效率的限制，故具有更高的能效，可以達(dá)到對(duì)資源有效利用的目的。發(fā)明內(nèi)容[0003] 為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電催化氧化乙醇燃料電池的構(gòu)建方法。[0004] 本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是：將構(gòu)建的Au?Ni?Pt/碳納米管海綿陽(yáng)極與陰極通過(guò)導(dǎo)線連接，插入乙醇溶液中，自發(fā)反應(yīng)氧化乙醇，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能向電能轉(zhuǎn)化，陽(yáng)極產(chǎn)生的電子通過(guò)導(dǎo)線傳遞到陰極上，將氧氣還原成氫氧根離子，實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)。[0005] 一種電催化氧化乙醇燃料電池的構(gòu)建方法，包括以下步驟進(jìn)行：[0006] (1)采用碳納米管海綿為基底，將其裁剪為合適的大??；[0007] (2)采用電化學(xué)方法在改性的碳納米管海綿電極上進(jìn)行花狀納米金沉積：[0008] 以碳納米管海綿為工作電極，Pt電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，采用時(shí)間?電流法，設(shè)置電壓為?0.2，沉積400s?1600s，濃度0.1mol/L的氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液，得到Au/碳納米管海綿電極；[0009] (3)利用時(shí)間?電流法制備出具有多級(jí)納米結(jié)構(gòu)Au?Ni?Pt/碳納米管海綿電極，再將其作為燃料電池陽(yáng)極備用：[0010] 以Au/碳納米管海綿電極為工作電極，Pt電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，以金、鎳、鉑的混合液為電解質(zhì)溶液，設(shè)置電壓?0.2，沉積400s～1600s[0011] (4)采用鉑電極構(gòu)成燃料電池陰極；[0012] (5)將制備的陽(yáng)極與陰極通過(guò)導(dǎo)線連接，插入乙醇溶液中，構(gòu)建電催化氧化乙醇燃料電池。[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟(5)中，在陽(yáng)極池中加入濃度0.1mol/L的氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液，加入濃度為0.1mol/L的乙醇作為燃料，在陰極池中加入濃度為0.1mol/L，pH值為8～14的乙醇溶液，兩池之間用陰離子交換膜連接，以此構(gòu)建形成電催化氧化乙醇燃料電池。
[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟(1)具體為：電極基底預(yù)處理：首先將碳納米管海綿切為2*2cm，厚度為0.2mm的正方體。
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟(3)電解質(zhì)溶液的配置：將硫酸溶液稀釋為0.5mol/L，再將一定量的固體氯金酸鉀，硫酸鎳，四氯亞鉑酸鉀溶解于該硫酸溶液中，制得3mg/mL的金、鎳、鉑的混合溶液，放置一天。[0016] 上述方法還包括步驟(6)對(duì)乙醇燃料電池性能的測(cè)試：[0017] 以Au?Ni?Pt/碳納米管海綿陽(yáng)極為工作電極，Pt電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，插入濃度為0.1mol/L乙醇溶液中，采用循環(huán)伏安法，設(shè)置電壓范圍為0～1.2，掃速為50m/s。
[0018] 本發(fā)明中采用乙醇作為燃料的作用和優(yōu)勢(shì)在于：在燃料電池中，醇類燃料電池以廉價(jià)易得的醇類為燃料，燃料在常溫常壓下為液體，相比于其它燃料電池而言，具有安全可靠、能量密度高、操作溫度低、無(wú)電解質(zhì)腐燭等優(yōu)點(diǎn)，此外，作為燃料的醇類來(lái)源廣泛、廉價(jià)易得，不僅能通過(guò)石油、天然氣、煤等化石燃料合成，也可通過(guò)生物質(zhì)的發(fā)酵制備。而乙醇較于其他醇類，從結(jié)構(gòu)上看，它是鏈醇中最簡(jiǎn)單的有機(jī)小分子，同時(shí)，它能夠通過(guò)農(nóng)作物發(fā)酵大量生產(chǎn)，也可以從生物質(zhì)中制得，來(lái)源廣泛，是可再生能源，又無(wú)毒。因此，乙醇燃料電池的研究具有很大的應(yīng)用潛力。[0019] 本發(fā)明采用金鎳鉑修飾的納米復(fù)合電極具有非密堆積的三維結(jié)構(gòu)，并且在三維結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上具有更精細(xì)的二級(jí)花狀納米結(jié)構(gòu)，多層次的納米結(jié)構(gòu)使得這種電極表面具有很高的比表面積；同時(shí)電極由三種金屬組成，納米金花作為基礎(chǔ)骨架，通過(guò)沉積非貴重金屬鎳，最后用鉑對(duì)鎳進(jìn)行置換，因而具有較低了貴金屬鉑負(fù)載量，降低了電極的成本，提高了納米鉑粒子的催化活性。這種電極在乙醇電化學(xué)催化氧化中，有＝高的催化效率和抗毒化的優(yōu)點(diǎn)。[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制得一種對(duì)乙醇具有高靈敏度的電極，且該電極在乙醇為基液時(shí)，催化效果好、靈敏度高、選擇性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，本燃料電池可用于制作隨身充電寶，可用于發(fā)電廠及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。附圖說(shuō)明[0021] 圖1電催化氧化乙醇燃料電池三維結(jié)構(gòu)示意圖；[0022] 圖2Au?Ni?Pt電極催化氧化乙醇的循環(huán)伏安圖；其中，圖中所示曲線為50m/s的掃描速度下，Au?Ni?Pt納米復(fù)合電極在不同濃度的乙醇(0.1M，0.2M，0.3M，0.4M，0.5M)中的循環(huán)伏安圖；[0023] 圖3Au?Ni?Pt修飾電極催化氧化乙醇的循環(huán)伏安線性圖；[0024] 圖4實(shí)驗(yàn)裝置圖；其中，圖a為測(cè)試實(shí)物圖；圖b為電化學(xué)工作站；圖c為三電極體系實(shí)物圖；[0025] 圖5納米金屬沉積曲線；其中，a為400s的曲線，b為800s的曲線，c為1600s的曲線。具體實(shí)施方式[0026] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)目的，同類物質(zhì)的簡(jiǎn)單替代以及尺寸形狀的變化，例如本發(fā)明改變電極外觀如改為正方形或其它形狀，簡(jiǎn)單改變氯金酸鉀、硫酸鎳和四氯亞鉑酸鉀等物質(zhì)的用量、溶液的值、溶液的濃度或者沉積時(shí)間等，簡(jiǎn)單改變電極的應(yīng)用等均應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍下述實(shí)施例中所使用的試驗(yàn)方法如無(wú)特殊說(shuō)明，均為本技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)有的常規(guī)方法所使用的材料、試劑等，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為可從商業(yè)途徑得到的試劑和材料。[0027] 本實(shí)施例的Au?Ni?Pt/碳納米管海綿電極，通過(guò)以下方法制備得到：[0028] (1)利用碳納米管海綿導(dǎo)電玻璃為基底，首先將碳納米管海綿切為2*2cm，厚度為0.2mm的正方體。
[0029] (2)采用電化學(xué)方法在步驟(1)得到碳納米管海綿電極上進(jìn)行花狀納米金沉積：以Au/碳納米管海綿電極為工作電極，Pt電極為對(duì)電極，Ag/AgCl為參比電極，以金、鎳、鉑的混合液為電解質(zhì)溶液，設(shè)置電壓?0.2，沉積400s～1600s。如附圖4所示。[0030] 在沉積金條件不同時(shí)，由于納米金花的粒徑不同，導(dǎo)致最終的多級(jí)Au?Ni?pt合金納米花的形態(tài)也發(fā)生變化。這是由于沉積金的時(shí)間較長(zhǎng)，形成的納米金花較為密集，原子間自組裝效應(yīng)較為明顯，相近的較小的聚集體會(huì)相互連結(jié)；相反當(dāng)沉積時(shí)間較短時(shí)，納米金花間距較為稀疏，因而原子自組裝成的聚集體則較為規(guī)則分布均勻。當(dāng)復(fù)合電極上的納米粒子聚集體分布均勻時(shí)，電化學(xué)性能尤為突出。[0031] 實(shí)施例1電催化氧化乙醇燃料電池的構(gòu)建[0032] 以Au?Ni?Pt/碳納米管海綿電極作陽(yáng)極，Pt電極作陰極；在陽(yáng)極池中加入濃度0.1mol/L的氫氧化鈉溶液作為電解質(zhì)溶液，加入濃度為0.1mol/L的乙醇作為燃料，在陰極池中加入濃度為0.1mol/L，pH值為8～14的乙醇溶液，兩池之間用陰離子交換膜連接，以此構(gòu)建形成電催化氧化乙醇燃料電池。如附圖1所示，將制備的陽(yáng)極與鉑電極通過(guò)導(dǎo)線連接，插入乙醇溶液中，構(gòu)建電催化氧化乙醇燃料電池。
[0033] 實(shí)施例2電催化氧化乙醇燃料電池性能測(cè)試[0034] 對(duì)實(shí)施例1構(gòu)建的電催化氧化乙醇燃料電池性能的測(cè)試：運(yùn)用電化學(xué)工作站，首先連接電路，改性陽(yáng)極作為工作電極，電池陰極作為對(duì)電極，Ag/AgCl電極作為對(duì)比電極。利用循環(huán)伏安測(cè)試電極對(duì)乙醇催化活性，在確定電極的初始穩(wěn)定電位后，選定一個(gè)合適的終止電位和掃描速率，就掃描就得到了電極的循環(huán)伏安曲線。在50m/s的掃描速度下測(cè)試Au?Ni?Pt電極在0.1mol/L，0.2mol/L，0.3mol/L，0.4mol/L，0.5mol/L乙醇溶液中的催化效果。如附圖2，附圖3。從圖中可以看出，隨著乙醇溶液濃度的不斷增大，納米電極在乙醇溶液中的氧化電流也不斷增大，氧化峰也不斷升高，呈現(xiàn)出良好的催化乙醇的線性響應(yīng)。最高可達(dá)
27mA，Au?Ni?Pt電極對(duì)乙醇催化活性很好。表明Au?Ni?Pt/碳納米管海綿電極所組成的燃料能將生物能高效轉(zhuǎn)換為電能。
[0035] 實(shí)施例3產(chǎn)物檢測(cè)[0036] 對(duì)實(shí)施例1構(gòu)建的電催化氧化乙醇燃料電池在Au?Ni?Pt/碳納米管海綿電極上氧化乙醇產(chǎn)物的檢測(cè)，具體操作步驟如下：實(shí)施例1構(gòu)建的電催化氧化乙醇燃料電池使用乙醇為0.1mol/L，反應(yīng)兩小時(shí)得到乙醇氧化的產(chǎn)物。用紫外可見分光光度計(jì)檢測(cè)產(chǎn)物，官能團(tuán)發(fā)生改變即可推斷出產(chǎn)物。[0037] 以上所述，僅為本發(fā)明創(chuàng)造較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明創(chuàng)造披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。
聲明：
“電催化氧化乙醇燃料電池的構(gòu)建方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：管理員
來(lái)源：大連大學(xué)
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