[發(fā)明專利]一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法及微生物燃料電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710368006.8
• 申請(qǐng)日: 2017-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN107146892A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周麗華;傅鵬;楊春麗;袁勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M4/90;H01M8/16;C01B32/15;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法及微生物燃料電池。

背景技術(shù)

微生物燃料電池是利用電活性微生物將基質(zhì)中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的理想裝置，具有資源化與廢棄物處置等雙重功效。是一種新能源發(fā)展的重要方向，在能源危機(jī)日益加重的大背景下具有十分重要大的發(fā)展前景。現(xiàn)有技術(shù)大都采用鉑作為微生物燃料電池的催化劑或者陰極材料，但其穩(wěn)定性和耐甲醇性差以及功率密度差，因此，尋找一個(gè)替代的材料至關(guān)重要。

多孔碳材料具有比表面積大、導(dǎo)電性能好等特點(diǎn)，備受研究者關(guān)注。現(xiàn)有技術(shù)公開了聚吡咯納米線為前驅(qū)體，通過使用氫氧化鉀為活化劑，高溫活化得到了氮摻雜的多孔碳纖維材料，該材料用作鋰離子電池的電極材料具有很高的電容和很好的大電流放電能力。但是大量強(qiáng)堿KOH的加入，需要后處理時(shí)使用大量的酸進(jìn)行中和洗滌，制備過程復(fù)雜，不利于應(yīng)用。同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)公開的眾多模板法需要去除模板，不僅去除不容易，價(jià)格昂貴，不利于應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，本發(fā)明提供的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法簡(jiǎn)單，并且用于微生物燃料電池功率密度高。

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，包括：

A)以曲拉通TX-100為模板，苯胺、吡咯、過硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；

B)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。

優(yōu)選的，所述摻雜劑為氯化鐵。

優(yōu)選的，所述苯胺、吡咯和過硫酸銨和摻雜劑的摩爾比為1：(1～2)：(0.5～2)：(0.05～1)。

優(yōu)選的，所述曲拉通TX-100的質(zhì)量濃度為1～5mg/mL；曲拉通TX-100與苯胺的摩爾比為(5～12)：1000。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)溫度為0～5℃；所述反應(yīng)時(shí)間為12～24h。

優(yōu)選的，所述碳化的溫度為600～900℃；所述升溫速率為5～10℃/min，所述碳化時(shí)間為1～2h。

優(yōu)選的，所述步驟A)之后還包括清洗、干燥；所述干燥的溫度為60～80℃；所述干燥的時(shí)間為6～8h。

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒，由上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到。

本發(fā)明提供了一種微生物燃料電池，所述陰極包括上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒。

本發(fā)明提供了一種微生物燃料電池，所述陰極催化劑包括上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的空心結(jié)構(gòu)的碳納米顆粒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，包括：A)以曲拉通TX-100為模板，苯胺、吡咯、過硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；B)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。本發(fā)明采用苯胺、吡咯、過硫酸銨為原料，成本低廉，方法簡(jiǎn)單，無需去除模板；并且添加摻雜劑后再碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒性能穩(wěn)定，催化活性好，穩(wěn)定性好，耐甲醇性高。同時(shí)本發(fā)明采用空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒制備微生物燃料電池功率密度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(TEM)；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(TEM)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3制備的空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒透射電子顯微鏡(TEM)；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例4旋轉(zhuǎn)圓盤電極線性掃描曲線(LSV)；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例5微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線；

圖6為本發(fā)明比較例3旋轉(zhuǎn)圓盤電極線性掃描曲線(LSV)；

圖7為本發(fā)明比較例4旋轉(zhuǎn)圓盤電極線性掃描曲線(LSV)；

圖8為本發(fā)明比較例5微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線；

圖9為本發(fā)明比較例6微生物燃料電池功率密度隨電流密度的變化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒的制備方法，包括：

A)以曲拉通TX-100為模板，苯胺、吡咯、過硫酸銨和摻雜劑反應(yīng)得到摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球；所述摻雜劑選自氯化鐵和氯化鈷中的一種或幾種；

B)將所述摻雜的聚苯胺聚吡咯空心微球碳化得到空心結(jié)構(gòu)碳納米顆粒。