[發(fā)明專利]一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010163517.4
• 申請(qǐng)日: 2010-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN101834301A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘曹峰;朱靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/16
• 分類號(hào): H01M8/16;B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賈玉健

1.一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，包括一基底(4)，基底(4)上設(shè)置有電池陰極區(qū)(2)和電池陽極區(qū)(3)，質(zhì)子傳導(dǎo)納米線(1)的兩端分別跨于基底(4)的電池陰極區(qū)(2)和電池陽極區(qū)(3)上，電池陰極區(qū)(2)和電池陽極區(qū)(3)上均有引出導(dǎo)線(5)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1直徑在50nm到20um范圍內(nèi)，長度達(dá)到厘米級(jí)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述的基底4表面有一層絕緣層。

4.一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：一、選擇表面有絕緣層的基底4，基底4可以是半導(dǎo)體材料，如硅片或Si/SiO₂，并在基底4上設(shè)置有電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3上；可以是高分子塑料材料，如聚碳酸酯PC或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA；也可以是陶瓷材料，如氧化鋁片；二、制備質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1，將質(zhì)子交換膜的溶液與高分子聚乙烯溶液按4∶1配成混合溶液，質(zhì)子交換膜的溶液為Nafion或Dow溶液，高分子聚乙烯溶液為聚乙烯吡珞烷酮PVP或聚乙烯醇PVA；三、將步驟二中的混合溶液利用電紡絲或模板輔助壓力注入法得到質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1，將質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1跨接在基底4上的電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3上；四、在電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3之間蒸鍍一層二氧化硅層，將電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3區(qū)分開；五、將陰極催化劑滴加于電池陰極區(qū)2，陽極催化劑滴加于電池陽極區(qū)3，滴加的量要使得干燥后的催化劑分子吸附在質(zhì)子傳導(dǎo)納米線2及電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3表面，其中陰極催化劑是Pt/C、PtRu/C或生物氧化酶(如漆酶)，陽極催化劑是Pt/C、葡萄糖氧化酶或膽紅素酶；六、在電池陽極區(qū)3加入燃料，電池陰極區(qū)2加入氧化劑，即可得到能夠發(fā)電的納米發(fā)電機(jī)，所述的燃料采用甲醇、氫氣或葡萄糖溶液，氧化劑采用氧氣、空氣或高錳酸鉀。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于，步驟三中所述的電紡絲法為：將配制好的混合溶液置于注射器內(nèi)，將內(nèi)徑為0.7mm，尖端磨平的7#標(biāo)準(zhǔn)針頭與正極高壓發(fā)生器相連接，所需電壓為5～30kV，溶液的流量由注射泵控制，流量為0.1ml/h～10ml/h，紡絲的距離固定為10～20cm，在不要求獲得取向質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1時(shí)，使用接地的鋁箔為接收裝置；在要求獲得取向質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1時(shí)，采用接地的一對(duì)平行電極作為接收裝置。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于，步驟三中所述的模板輔助壓力注入法為：將制備好的溶液，壓入陽極氧化鋁模板30～100nm的孔中，然后室溫干燥10-30小時(shí)，直至溶劑完全揮發(fā)，除去陽極氧化鋁模板，可以得到質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物化學(xué)納米發(fā)電機(jī)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：一、選擇表面有絕緣層的基底4，基底4是半導(dǎo)體材料，即Si/SiO₂硅片，并在基底4上設(shè)置有電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3上；二、制備質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1，將質(zhì)子交換膜的溶液與高分子聚乙烯溶液按4∶1配成混合溶液，質(zhì)子交換膜的溶液為Nafion，高分子聚乙烯溶液為聚乙烯醇PVA；三、將步驟二中的混合溶液利用電紡絲得到直徑為100nm質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1，將質(zhì)子傳導(dǎo)納米線1跨接在基底4上的電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3上；四、在電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3之間蒸鍍一層二氧化硅層，將電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3區(qū)分開；五、將陰極催化劑滴加于電池陰極區(qū)2，陽極催化劑滴加于電池陽極區(qū)3，滴加的量要使得干燥后的催化劑分子吸附在質(zhì)子傳導(dǎo)納米線2及電池陰極區(qū)2和電池陽極區(qū)3表面，其中陰極催化劑是PtRu/C，陽極催化劑是Pt/C；六、在電池陽極區(qū)3加入燃料，電池陰極區(qū)2加入氧化劑，即可得到能夠發(fā)電的納米發(fā)電機(jī)，所述的燃料采用甲醇，氧化劑采用氧氣。