[發明專利]一種微生物燃料電池陰極催化劑CaFe1-X

在審

• 申請號: 202011055788.8
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112242529A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 張鴻郭;施輝輝;王燕;黃麟哲;陳鎮新;閻佳;肖唐付
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/96;H01M4/88;H01M8/16;C02F3/00;C02F3/34
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文

本發明涉及催化劑技術領域，具體公開了一種微生物燃料電池陰極催化劑，所述微生物燃料電池陰極催化劑為CaFe_1?XCu_XO₃，其中，0≤X≤0.5。本發明微生物燃料電池陰極催化劑，與Pt/C催化劑相比，制作成本低廉且流程簡單，原料來源廣泛，應用于微生物燃料電池中，成本較低、維護簡單、輸出穩定且功率較高。同時，本發明還公開一種微生物燃料電池陰極催化劑的制備方法與應用。

技術領域

本發明涉及一種生物電化學領域，尤其是一種微生物燃料電池陰極催化劑CaFe_1-XCu_XO₃及其制備方法與應用。

背景技術

能源短缺和環境污染是本世紀全世界所面臨的兩大難題，也是現代化工業亟待解決的難題之一。化石能源的隨著開采會不斷的減少，同時會對環境造成非常大的污染。因此，一種既能控制污染又能利用污染物質中能源的技術的發展會對全球經濟生活可持續發展產生重要影響。微生物燃料電池技術有望兼顧能源與環境兩個方面。

微生物燃料電池(MFC)是一種利用細菌降解生物質產生生物電能的裝置，能夠從廢水中回收能量。它效率高，環境友好，被認為是一項非常有前途的技術。MFC反應器由陽極室、質子交換膜與空氣陰極組成。附著在陽極上的生物膜在呼吸過程中會產生胞外電子和還原氫氣，電子通過導線到達陰極還原氧氣，還原氫通過半透膜到達陰極，從而形成閉合回路。相比較傳統的燃料電池，MFC能在處理有機廢水的同時產電，具有產能和處理廢水的雙功能性。因為MFC有著處理效果好、清潔可再生能源、維護簡單等優點，所以受到了國內外學者的廣泛關注。

雖然微生物燃料電池的發展非常的早，但是由于微生物的活性、電極材料的性能、輸出功率較低和成本高等問題，以及使用Pt/C催化劑的微生物燃料電池成本高、效率和穩定性較差，這項技術仍然被看成擁有巨大開發潛能的“新”能源技術。

發明內容

基于此，本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處而提供一種高催化性能的微生物燃料電池陰極催化劑的制備方法。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案為：一種微生物燃料電池陰極催化劑，所述微生物燃料電池陰極催化劑為CaFe_1-XCu_XO₃，其中，0≤X≤0.5。

優選地，所述微生物燃料電池陰極催化劑為CaFe_0.9Cu_0.1O₃。

同時，本發明還公開一種微生物燃料電池陰極催化劑CaFe_1-XCu_XO₃的制備方法，包括如下步驟：

(1)將一水乙酸鈣、九水硝酸鐵、三水硝酸銅、乙二胺四乙酸和檸檬酸混合，加入去離子水攪拌混勻，得到混合液；

(2)將步驟(1)中混合液進行加熱攪拌，加熱攪拌過程中滴加氨水，得到溶膠；

(3)將步驟(2)中溶膠，在200～300℃下保溫7～9h，得到黑色固體，將其研磨成粉末；

(4)取步驟(3)中的粉末，在750～850℃下保溫3～5h，期間通入惰性氣體，生成黑色固體；

(5)將步驟(4)中的黑色固體研磨成粉末，得到所述微生物燃料電池陰極催化劑。

優選地，所述步驟(1)中一水乙酸鈣、九水硝酸鐵、三水硝酸銅、乙二胺四乙酸和檸檬酸的物質的量之比為：一水乙酸鈣：九水硝酸鐵：三水硝酸銅：乙二胺四乙酸：檸檬酸＝1：0.9：0.1：2：4。

步驟(1)中比例的選擇是為了形成鈣鈦礦結構，保證鈣鈦礦特性得到保留，同時提高電催化性能。