CN113036157B - 一种泡沫镍电极的应用 - Google Patents

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Abstract

一种泡沫镍电极的应用，属于燃料电池领域。本发明涉及的应用以PtNPs/CuNPs/泡沫镍电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极***，将该三电极***置于蔗糖溶液和支持电解质中，设置电位为‑0.2～1.3V，记录浓度为5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、25mmol/L蔗糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化蔗糖溶液的控制过程进行分析。本发明利用泡沫镍良好的导电性，制得一种对蔗糖具有高灵敏度的电极，且该电极在蔗糖为基液时，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

一种泡沫镍电极的应用
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种泡沫镍电极的应用。
背景技术
葡萄糖生物燃料电池是由格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫·傅立叶大学的研究小组发明的第一块可为人体人造器官提供电能的电池，他们通过向小白鼠体内植入葡萄糖生物燃料电池，证明了葡萄样生物燃料电池在体内可通过酶的氧化为人类体内的人造器官提供电流，实现了葡萄糖为可植入医疗设备提供电能的设想。葡萄糖生物燃料电池依赖于人体酶进行化学反应产生电流，例如：葡萄糖和氧气结合在一起(这两种物质都存在于实验老鼠体内)，这种被称为“氧化还原调解剂”的混合物质就像是电线，持续向人造器官供电。科学家们正在研制类似的多样化装置以环保方式产生电流。生物燃料电池对工作环境要求比较高，无法在高温下工作。
发明内容
针对上述不足本发明提供一种泡沫镍电极的应用，该泡沫镍电极构建的燃料电池对环境要求较低可以在高温下工作。
本发明解决技术问题涉及的泡沫镍电极为PtNPs/CuNPs/泡沫镍电极，该电极泡沫镍为基底和导电层，纳米铜铂颗粒为电化学沉积层，所述纳米铂颗粒沉积在纳米铜颗粒上，纳米铜颗粒沉积在泡沫镍上。
PtNPs/CuNPs/泡沫镍电极构建燃料电池方法如下：以PtNPs/CuNPs/泡沫镍电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极***，将该三电极***置于蔗糖溶液和支持电解质中，设置电位为-0.2～1.3V，记录浓度为5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、25mmol/L蔗糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化蔗糖溶液的控制过程进行分析。
进一步地，所述支持电解质为1mol/LNaOH，pH为14。
原理：泡沫镍电极具有良好的导电性，独特的开孔结构、固有的抗拉强度和抗热冲击等特点，使得其能够沉积更多的Cu离子,从而可以附着更多的铂。在催化蔗糖时扩大了其对蔗糖的接触面积，从而使其电流增大，电流的输出功率也增大，使得该电极对蔗糖具有高灵敏度。且以蔗糖为基准溶液时，可以展现其良好的催化性能及高选择性。
有益效果：本发明利用泡沫镍良好的导电性，制得一种对蔗糖具有高灵敏度的电极，且该电极在蔗糖为基液时，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为基于泡沫镍的纳米铜/纳米铂复合电极表面形貌图。
图2为蔗糖溶液与空白溶液循环伏安曲线对比图。
图3为不同浓度蔗糖溶液的循环伏安曲线。
图4为不同浓度的蔗糖的标准曲线。
图5为PtNPs/CuNPs/泡沫镍电极抗毒化曲线。
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/CuNPs/泡沫镍电极的制备方法为：
取泡沫镍用去离子水冲洗，氮气吹干。
电极制备具体步骤如下：
(1)采用三电极体系，用泡沫镍电极作为工作电极，Ag/AgCl电极和铂丝电极为参比电极和对电极放入盛有硫酸铜(1M)溶液的电解池中。采用时间电流法，设置电化学工作站电沉积参数：初始电位：-1.2V，沉积时间1600s。沉积完后的电极氮气保护，放置一天后备用。
采用三电极体系，以纳米结构的铜/泡沫镍玻璃浸入K2PtCl4(5mmol/L)和0.05mol/L的硝酸钾的混合物中，使用铂电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极。采用常规脉冲伏安法，设置电化学工作站电沉积参数：设置初始电压：-1.0V，终点电位：-0.3v，电位增量0.05V，脉冲宽度50s。沉积完后的电极氮气保护，放置两天后备用。
基于泡沫镍/纳米铜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蔗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NaOH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14的NaOH溶液作为支持电解质的25mmol/L的蔗糖待测液中利用循环伏安法，在-0.2～1V的电位范围内进行扫描，记录蔗糖的循环伏安曲线。如附图2所示：100mV/s的扫描速度下测试Pt-Ni电极在10mmol/L的蔗糖的催化效果。从图中可以看出Pt-Ni电极对蔗糖催化活性很好。表明Pt-铜/泡沫镍电极所组成的燃料能将生物能高效转换为电能。
实施例2PtNPs/CuNPs/泡沫镍电极对不同扫速的相同浓度的蔗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NaOH溶液作为支持电解质的不同浓度的蔗糖待测液中，利用循环伏安法，在-0.2～1.3V的电位范围内进行扫描。记录浓度为5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、25mmol/L蔗糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化蔗糖溶液的控制过程进行分析。如附图3、附图4所示：从图中可以看出，随着浓度不断增大，纳米电极在蔗糖溶液中的氧化电流也不断增大，氧化峰也不断升高，呈现出良好的催化蔗糖的线性响应，由此可以证明蔗糖的氧化还原反应受扩散控制。在5～25mmol/L的范围内两者之间还存在着良好的线性关系，蔗糖氧化峰电流与浓度的线性回归方程为：I＝01436C+10.624，相关系数为0.9502。
实施例3电极抗毒化能力的测定
首先，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蔗糖待测液中,利用时间电流法，在0.65V的电位下,记录蔗糖的时间电流曲线。然如附图5所示:电流密度在开始时急剧下降。在反应开始时，它是一个快速动力学反应，因此活性位点不含吸附的蔗糖分子。之后，新蔗糖分子的吸附取决于通过蔗糖氧化释放电催化位点，或者在最初几分钟(速率确定步骤)中形成的中间物质如CO,CHx等，电极催化活性位点被占据。因此，电流密度稍微降低主要是由于催化剂的中毒。此外，在整个测试期间特定电流在前300秒经历了快速下降，并且在测试结束之后仍然是平稳且温和的变化，衰减约为6％。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 (1)

1.一种泡沫镍电极的应用，其特征在于，该应用以PtNPs/CuNPs/泡沫镍电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极组成三电极***，将该三电极***置于蔗糖溶液和支持电解质中，设置电位为-0 .2~1 .3V，记录浓度为5mmol/L、10mmol/L、15mmol/L、20mmol/L、25mmol/L蔗糖的循环伏安曲线，并利用标准曲线法对电极电催化氧化蔗糖溶液的控制过程进行分析；其中所述支持电解质为 1mol/LNaOH，pH为14；
电极制备具体步骤如下：
(1)采用三电极体系，用泡沫镍电极作为工作电极，Ag/AgCl电极和铂丝电极为参比电极和对电极放入盛有硫酸铜溶液的电解池中，采用时间电流法，设置电化学工作站电沉积参数：初始电位：-1 .2V，沉积时间1600s，沉积完后的电极氮气保护，放置一天后备用；
(2)采用三电极体系，以纳米结构的铜/泡沫镍玻璃浸入5mmol/L的K2PtCl4和0.05mol/L的硝酸钾的混合物中，使用铂电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，采用常规脉冲伏安法，设置电化学工作站电沉积参数：设置初始电压：-1 .0V，终点电位：-0 .3V，电位增量0.05V，脉冲宽度50s，沉积完后的电极氮气保护，放置两天后备用。
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