[發明專利]一種CoFe2O4/AC微生物燃料電池空氣陰極催化材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611092621.2
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106784863B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 周培疆;黃強盛;朱瓏瓏;管鯤
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90;H01M4/96;H01M8/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 42001 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 王敏鋒<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種CoFe2O4/AC微生物燃料電池空氣陰極催化材料的制備方法，步驟是：A、鐵鈷溶液的制備：秤取氯化鈷、氯化鐵，加入去離子水和乙二醇的混合溶液，攪拌，得鐵鈷溶液；B、秤取活性炭，超聲分散于所得溶液中，攪拌；C、向所得溶液中，滴加氨水，用保鮮膜封住燒杯口，升溫，攪拌；D、將所得懸浮液轉移至反應釜中，密封后，放入電烘箱內，反應；E、收集所得產物：取出反應釜，冷卻至室溫后，過濾，用乙醇和去離子水反復清洗，置于電烘箱內干燥過夜；F、將所得干燥固體物質，盛于瓷舟內，放入管式爐內中，冷卻至室溫，獲得納米混合物CoFe₂O₄/AC催化劑。工藝簡單，工藝參數易控，價格低廉，分散性好，活性位點較多，催化性能顯著。

技術領域

本發明屬于微生物燃料電池領域，涉及一種CoFe₂O₄/AC微生物燃料電池空氣陰極復合催化材料的制備方法，更具體涉及一種原位雙金屬氧化物 CoFe₂O₄/AC水相加熱沉積與高溫煅燒相結合的制備微生物燃料電池陰極催化材料的方法。該材料廣泛適用于氧還原反應電催化相關領域，如酸、堿性燃料電池，聚合物電解質燃料電池以及金屬-空氣燃料電池等。

背景技術

隨著經濟的快速發展與生活水平的提高，環境、能源與水資源等已成為嚴重影響人們生產生活的重大難題。微生物燃料電池(Microbial fuel cells，MFCs) 利用微生物可直接降解廢水或廢棄物中的有機質，將其中的化學能轉化為電能，是一項可實現廢物資源化的新興清潔能源技術。然而，高的材料成本(特別是陰極)以及低的功率輸出嚴重制約了MFCs的工業化進程。因此，低價、高性能的陰極催化材料的研發，是改善MFCs性能與實現其廣泛運用的關鍵。活性炭(AC) 因其高的比表面積、良好的導電性、易獲得、可再生和廉價等特點，已被成功用作MFCs空氣陰極催化材料；而較低的MFCs空氣陰極性能使得基于活性炭(AC) 改性的MFCs復合催化材料的制備與運用成為日益凸顯的研究熱點。

發明內容

本發明的目的是提供一種CoFe₂O₄/AC微生物燃料電池空氣陰極復合催化材料的制備方法，所制備合成物的納米顆粒分散均一，催化效果較高，使微生物燃料電池最大功率密度顯著提升，解決了對高價鉑碳催化劑的依賴，降低了MFCs 的陰極催化劑材料存在的高成本的問題。該納米混合物催化劑制備工藝簡單，工藝參數易控，原材料價格低廉，且分散性好，活性位點較多，催化性能顯著。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術措施：

其技術構思：一種原位雙金屬氧化物CoFe₂O₄生成于活性炭(AC)表面，是由鐵源、鈷源和AC制備的復合材料，所述復合材料由鐵、鈷源經水熱反應等步驟，原位均勻地分布在AC骨架表面，且粒徑在納米級的復合材料，其中鐵源與碳源的摩爾質量比2:1。

一種CoFe₂O₄/AC微生物燃料電池空氣陰極復合催化材料的制備方法，其步驟是：

A、鐵鈷溶液的制備：分別秤取0.22－0.71g氯化鈷(CoCl₂·6H₂O) (0.00298mol)、0.51－1.62g氯化鐵(FeCl₃·6H₂O)(0.00596mol)(摩爾質量比 Co:Fe＝1:2)和1g PVP于100ml燒杯中，向其中加入60ml去離子水(DI)和乙二醇(EG)的混合溶液(體積比DI：EG＝2:1)。室溫下(20－25℃，以下相同)，磁力攪拌56－64分鐘，獲得均一鐵鈷溶液；

B、秤取1.1－1.5g活性炭(AC)，超聲分散于步驟1所得溶液中，隨后攪拌5－7小時；