[發明專利]一種氧化亞銅薄膜及其在燃料電池中的應用

有效

• 申請號: 202010098219.5
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111200134B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 張文妍;楊瑋民;劉飛;葉原豐;郝凌云
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;C25D9/04
• 代理公司: 南京鼎傲知識產權代理事務所(普通合伙) 32327
• 代理人: 周正雄

本發明涉及無機材料領域，具體涉及一種氧化亞銅薄膜及其在燃料電池中的應用。本發明提供的氧化亞銅薄膜，用于作為氧還原反應催化劑，具有左旋手性結構。本發明提供氧化亞銅薄膜的左旋手性結構能引起電磁場的交叉極化，電子流過具有左旋手性結構的氧化亞銅薄膜時被自旋極化，電子還原氧氣的勢壘降低，氧化銅薄膜的氧還原效率提高。本發明提供氧化亞銅薄膜能在染料電池中得到應用，能夠降低燃料電池的開發成本。

技術領域

本發明涉及無機材料領域，具體涉及一種氧化亞銅薄膜及其在燃料電池中的應用。

背景技術

隨著化石能源的日漸枯竭，尋找和利用綠色新能源已經成為人類社會發展的必由之路。燃料電池能夠將燃料中的化學能通過電化學反應直接轉化為電能，具有較高的能量轉化效率和無污染等優點，是極具潛力的新能源器件，成為未來潔凈能源發展的重要方向之一。相對于陽極反應來說，電池陰極發生的氧還原反應是一個緩慢的動力學過程，陰極氧還原反應的效率成為限制燃料電池性能提高的關鍵制約因素。目前，鉑（Pt）基催化劑是應用最廣泛的氧還原反應催化劑，但是鉑基催化劑的成本較高，阻礙了燃料電池的商業化發展與應用，急需開發成本低的氧還原催化劑（如非貴金屬氧還原催化劑）和發展簡單易行的氧還原催化劑制備方法。

為了提高陰極氧還原反應的效率，需要設法降低陰極氧還原反應的勢壘。近年來，手性物質的特殊作用日漸受到重視，在分子探測、偏振光探測及寬頻偏振等領域發揮了極其重要的作用。特別值得重視的是，手性結構能引起電磁場的交叉極化，當電子流過具有手性結構的物質時，會在螺旋電磁場的誘導下發生自旋極化，使得電子還原氧氣分子的勢壘降低，提高催化劑的氧還原效率。和有機手性分子相比，非貴金屬氧化物（如氧化亞銅等）的成本低且穩定性高，能夠成為優質價低的氧還原催化劑。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷和不足，提供一種制備方法簡單，無需特殊設備和苛刻條件，工藝快速易行，可控性強，容易實現大面積制備和規?；a的一種氧化亞銅薄膜，本發明還提供了使用上述氧化亞銅薄膜在燃料電池中作為氧還原劑的應用，能夠有效提高氧還原效率。

本發明所述的一種氧化亞銅薄膜，用于作為氧還原催化劑，它具有左旋手性結構。

進一步地，根據本發明所述的一種氧化亞銅薄膜，它由電化學外延生長法制備。

進一步地，根據本發明所述的一種氧化亞銅薄膜，其中，所述電化學外延生長法包括如下步驟：在含有電解液中，以飽和甘汞電極作為參比電極，以鉑黑電極作為對電極，以沉積基底作為工作電極，給工作電極上施加恒定電壓，沉積生長，即得氧化亞銅薄膜，所述電解液中含有手性分子、銅鹽以及堿。

進一步地，根據本發明所述的一種氧化亞銅薄膜，所述電解液為左旋手性酒石酸、CuSO₄·5H₂O、NaOH的混合溶液，溶劑為去離子水；其中，左旋手性酒石酸的濃度為0.1 mol/L-0.3 mol/L，CuSO₄·5H₂O的濃度為0.1 mol/L- 0.3 mol/L，NaOH的濃度為2 mol/L-4 mol/L；所述電解液的制備方法包括如下步驟：首先將左旋手性酒石酸與CuSO₄·5H₂O溶液混合均勻，使Cu²⁺離子與左旋手性酒石酸分子絡合，然后加入NaOH溶液，混合均勻，即得。

進一步地，根據本發明所述的一種氧化亞銅薄膜，其中，所述恒定電壓為-0.4V ~-0.7V。

進一步地，根據本發明所述的一種氧化亞銅薄膜，其中，所述沉積生長的時間為5min ~ 30min。

進一步地，根據本發明所述的一種氧化亞銅薄膜，其中，所述沉積基底為金基底、FTO玻璃或表面濺射5nm金層的石英玻璃片。

本發明還提供了上述任意一種氧化亞銅薄膜在燃料電池中的應用。

本發明有益效果為：