[發明專利]一種非均相電Fenton陰極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410160912.5
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103928689A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 孫敏;汝小瑞;翟林峰;王華林
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

一、技術領域

本發明涉及一種電極材料的制備方法，具體地說是一種非均相電Fenton陰極材料的制備方法，是利用常溫空氣陰極燃料電池技術，在電池陽極原位制備碳載納米氧化鐵材料并作為陰極材料應用于非均相電Fenton催化反應。

二、背景技術

納米氧化鐵由于成本低廉，環境污染小，并且具有良好的化學穩定性、光學特性、催化性能、磁性能和吸波性能等特點，使其在催化劑、顏料、磁性材料、傳感器以及生物醫藥等領域都具有很高的應用價值。常見的納米氧化鐵合成方法有沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱法、模板法等。CN1427042A公開了一種以十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸氧化乙烯醚等為表面活性劑，聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等為水溶性分散劑制備了納米氧化鐵粉末的方法；CN102674472A公開了以天然纖維素為模板劑制備一種棒狀納米氧化鐵的方法；CN102408133A公開了一種以鹵代烴、鹵代苯、腈、醇等有機溶劑與黃藥類、黑藥類或脂肪胺類顆粒活化劑組成的有機精選劑從天然硫鐵礦粉中得到硫化鐵漿體，通過在空氣中直接加熱硫化鐵，得到納米氧化鐵薄膜的方法。上述方案中，為得到一定形貌和尺寸的納米氧化鐵，常使用大量表面活性劑、分散劑、模板劑或有機溶劑等，使得在后續的固液分離或熱處理制備納米氧化鐵的過程中易產生二次污染。

三、發明內容

本發明旨在提供一種非均相電Fenton陰極材料的制備方法，是通過亞鐵鹽在常溫空氣陰極燃料電池中自發氧化反應，原位負載在電池的的陽極碳材上，經熱處理后得到不同類型碳載納米氧化鐵電極材料。本發明制備的不同類型碳載納米氧化鐵電極材料作為非均相電Fenton陰極材料，對染料有較好的降解效果。

本發明非均相電Fenton陰極材料的制備方法，是在常溫下，以單室質子交換膜燃料電池為反應器，以鉑碳為催化劑的空氣電極作為陰極，碳材作為電池的陽極，向電解質溶液中加入緩沖劑NaHCO₃使得NaHCO₃在電解質溶液中的濃度為0.05mol·L^-1，用HCl溶液調節電解質溶液的pH值至5-8，通氮除氧10min后加入新配制的亞鐵鹽溶液至亞鐵鹽在電解質溶液中的濃度為0.05-1mol·L^-1后封閉反應器；將電池的陰極和陽極用接有0.01-1kΩ（電阻值只影響回收的電能，對得到的電極材料性能無影響）外電阻的導線連接，并實時檢測外電阻兩端的電壓，當外電阻兩端電壓降為零時，取出陽極并用蒸餾水洗滌至洗液中無氯離子后（硝酸銀溶液檢驗）放入烘箱內干燥，將干燥后的陽極材料置于氮氣或空氣氛圍下熱處理后得碳載納米氧化鐵電極材料。所得納米氧化鐵為FeOOH、Fe₃O₄或Fe₂O₃。本發明制備的碳載納米氧化鐵可作為陰極材料應用于非均相電Fenton催化反應。

所述碳材選自碳紙、碳纖維、碳氈或碳布；

所述電解質溶液為NaCl溶液，濃度為0.2mol·L^-1；

所述HCl溶液的濃度為1mol·L^-1；

所述亞鐵鹽選自FeSO₄、硫酸亞鐵銨或FeCl₂；

所述熱處理的溫度為60-800℃，處理時間為1-4h。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：

1、本發明在制備過程中無需要添加任何含有機物的助劑，在隨后的熱處理過程中不會產生二次污染。

2、本發明采用常溫空氣陰極燃料電池技術，在納米氧化鐵的制備過程中可以額外回收電能。

3、本發明反應過程中Fe(II)在陽極的表面上的氧化系自發電化學反應，而不與氧氣直接接觸，在碳電極上直接原位負載得形貌單一，分散均勻的納米氧化鐵。

4、本發明可通過調節熱處理溫度和環境，制備不同類型的碳載納米氧化鐵電極材料。

四、附圖說明

圖1為實施例1制備的碳紙負載納米FeOOH的不同放大倍數SEM照片。從圖1中可以看出FeOOH以細長針狀團聚簇的形貌分布在碳紙上。

圖2為實施例1制備的碳紙負載納米FeOOH的X射線衍射圖。從圖2中可以看出所制備的FeOOH為斜方晶型α-FeOOH。