[發(fā)明專利]一種多壁碳納米管負(fù)載Ni0.85Se復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410407823.6
• 申請(qǐng)日: 2014-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN104269565B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李楠;丁超海;夏慰妍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州凱東知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44259
• 代理人: 姚迎新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源新材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多壁碳納米管負(fù)載Ni_0.85Se復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

人類進(jìn)入21世紀(jì)之后，能源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為全球共同面對(duì)的課題，可替代的能源和可再生的能源的研究越來越受到研究者的重視。尋求可替代可再生能源成為了當(dāng)今的急切的問題。微生物燃料電池是一種可以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換及產(chǎn)能的新概念裝置。它利用微生物作為催化劑直接從可降解有機(jī)物中提取電能，具有廢棄物處理與產(chǎn)電的雙重功效，是一種未來的理想產(chǎn)電方式和有機(jī)廢棄物資源化處置工藝。

微生物燃料電池中，以氧氣為氧化劑發(fā)生氧還原反應(yīng)的陰極稱為空氣陰極。在空氣陰極上發(fā)生的氧還原反應(yīng)的速率是影響電池產(chǎn)電多少的關(guān)鍵因素之一，催化劑的應(yīng)用能夠提高氧還原反應(yīng)的速率，進(jìn)而提高整個(gè)電池的產(chǎn)電性能。目前通常使用鉑等貴金屬作為催化劑，不過由于鉑價(jià)格昂貴及不可再生，增加了電池運(yùn)行成本，嚴(yán)重影響了其實(shí)際應(yīng)用，所以需要尋找一種找對(duì)氧有良好的催化效果并且價(jià)格低廉的催化材料。

Ni_0.85Se是一種非整數(shù)比的鎳化硒化合物，最近的研究表明，Ni_0.85Se具有較好的電催化性能，可用于染料敏化太陽電池。碳納米管是一種納米尺度的具有完整分子結(jié)構(gòu)的一維量子材料，可以看成是由類石墨的平面圍繞中心軸卷曲而成的無縫中空管，頂端是由碳五元環(huán)連同六元環(huán)構(gòu)成的管帽。碳納米管具有小的半徑，非常高的比表面積、導(dǎo)電性能和良好的機(jī)械性能，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明將Ni_0.85Se負(fù)載在多壁碳納米管(MWCNT)上，應(yīng)用于微生物燃料電池的陰極催化過程，為尋求低成本、高活性的非貴金屬陰極催化劑材料提供了理論和實(shí)際支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多壁碳納米管負(fù)載Ni_0.85Se復(fù)合材料的制備方法及其作為微生物燃料電池陰極催化劑的應(yīng)用。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的多壁碳納米管負(fù)載Ni_0.85Se復(fù)合材料的制備方法的具體步驟如下：

將六水硫酸鎳和五水亞硒酸鈉加入水中，加入水合肼，攪拌至完全溶解，再加入預(yù)處理的多壁碳納米管，上述反應(yīng)體系中各組分的比例為：每68-74mL水對(duì)應(yīng)六水硫酸鎳200-600mg，五水亞硒酸鈉200-500mg，多壁碳納米管的用量為100-800mg，水合肼體積為6-12mL，然后充分?jǐn)嚢?-20min，移入高壓反應(yīng)釜中，在120-180℃下反應(yīng)12-48h，得到本發(fā)明的多壁碳納米管負(fù)載Ni_0.85Se復(fù)合材料。

多壁碳納米管在使用前進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理方法如下：

將待處理的多壁碳納米管置于體積比為1:1的6mol/L的硝酸和6mol/L的硫酸混合酸液中，在80℃下回流6小時(shí)，過濾并用去離子水洗滌并干燥，得到預(yù)處理的多壁碳納米管。

優(yōu)選反應(yīng)體系中各組分的比例為：每70-74mL水對(duì)應(yīng)六水硫酸鎳300-600mg，五水亞硒酸鈉300-500mg，多壁碳納米管的用量為500-800mg，水合肼體積為6-10mL，然后充分?jǐn)嚢?0-20min，移入高壓反應(yīng)釜中，在140-160℃下反應(yīng)12-36h。

更優(yōu)選反應(yīng)體系中各組分的比例為：每72mL水對(duì)應(yīng)六水硫酸鎳526mg，五水亞硒酸鈉480mg，多壁碳納米管的用量為520mg，水合肼體積為8mL，然后充分?jǐn)嚢?0min，移入高壓反應(yīng)釜中，在140℃下反應(yīng)24h。

本發(fā)明制備的多壁碳納米管負(fù)載Ni_0.85Se復(fù)合材料作為微生物燃料電池陰極催化劑的應(yīng)用。將多壁碳納米管負(fù)載Ni_0.85Se復(fù)合材料涂覆在電極上，應(yīng)用于微生物燃料電池的陰極作為催化劑。

本發(fā)明所制備的電極復(fù)合材料，可以涂覆在微生物燃料電池的陰極上作為催化劑，能解決微生物燃料電池中陰極氧還原反應(yīng)困難造成的電池功率密度低的問題，提供了一種Ni_0.85Se與多壁碳納米管的納米復(fù)合材料改善微生物燃料電池陰極性能的方法，能顯著提高電池的產(chǎn)電性能。