[發明專利]一種利用鉑修飾二氧化鈦電極或氧化鎳電極增強亞硫酸鈉和葡萄糖協同氧化的方法

有效

• 申請號: 202111012327.7
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113846335B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 葉梢;馮文海;李鏡炬;林威壯;翁佳泳;李紅
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/093;C25B11/042
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 張燕玲

本發明屬于電化學催化技術領域，公開了一種利用鉑修飾二氧化鈦電極或氧化鎳電極增強亞硫酸鈉和葡萄糖協同氧化的方法。本發明以鉑修飾二氧化鈦電極或氧化鎳/氧化銦錫電極作陽極，利用亞硫酸鈉對葡萄糖進行協同氧化，成功構建了一種燃料轉換效率分別達到86.4％和81.9％的燃料電池，并基于此燃料電池用于多孔泡沫鎳陰極上氫氣的析出，該方法燃料轉化效率高，操作簡便，大幅提高提高了析氫效率，有望大規模量產。

技術領域

本發明屬于電化學催化技術領域，特別涉及一種利用鉑修飾二氧化鈦電極或氧化鎳電極增強亞硫酸鈉和葡萄糖協同氧化的方法。

背景技術

由于化石燃料的儲量有限和燃燒化石燃料對生態的有害影響，人們越來越關注清潔和可持續能源的高效生產以替代傳統能源。常見的新能源有太陽能、風能、生物質能、氫能、地熱能等，而氫是地球上最豐富的元素，其單位質量化學能為142MJ?kg^-1，氫能可以通過電解水制備，地球上的水資源極其豐富，以電解水制備氫氣有巨大優勢以及寬廣的應用前景。水電解法制氫是利用電能使水分解，從而得到所需要的氫氣，其特點是產品純度高、操作簡便、可控性大，被認為是未來制氫的主流方向。然而，電解水反應中陰極氫析出反應(HER)以及陽極氧析出反應(OER)對貴金屬的依賴以及較高的過電勢導致電能消耗過高，限制了電解水的廣泛應用，為了進一步降低制氫過程中的電能消耗，降低析氫的過電位，研究者開始借助燃料電池用于析出氫氣，而葡萄糖作為光合作用的產物，能量密度較高，是一種理想的可再生燃料，在已有的研究中，研究者通過加入抗壞血酸、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸等用于氧化葡萄糖構建燃料電池，葡萄糖的催化氧化有利于加速制氫，而使用亞硫酸鈉協同催化氧化葡萄糖的研究較少。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺點和不足，本發明的首要目的在于提供一種利用鉑修飾二氧化鈦電極或氧化鎳電極增強亞硫酸鈉和葡萄糖協同氧化的方法；該方法借助鉑修飾二氧化鈦電極或鎳氧化物電極作為陽極用于增強亞硫酸鈉協同氧化葡萄糖，用于高效電催化氧化以及高效產氫。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種利用鉑修飾二氧化鈦電極或氧化鎳電極增強亞硫酸鈉和葡萄糖協同氧化的方法，包括以下步驟：

(1)通過浸漬-提拉法在氧化銦錫(ITO)導電玻璃上沉積一層二氧化鈦薄膜，然后利用恒電位沉積法在二氧化鈦上沉積一層納米鉑粒子，最后恒溫干燥得到鉑修飾二氧化鈦電極；通過電沉積技術在氧化銦錫(ITO)導電玻璃上沉積一層球狀氧化鎳薄膜，然后恒溫干燥得到氧化鎳電極；

(2)以步驟(1)制得的鉑修飾二氧化鈦電極或氧化鎳電極作陽極，以飽和甘汞電極作參比電極，以多孔泡沫鎳電極作陰極；以陽極、陰極、參比電極與電化學工作站構建三電極電化學反應體系，在陽極室中加入硫酸鈉溶液、葡萄糖溶液和亞硫酸鈉溶液，在陰極室加入硫酸鈉溶液，陰極室與陽極室之間使用交換膜連接，構建成電催化燃料電池；其中陰極室中加入一個刻度為5毫升的塑料管套在陰極電極外，封閉塑料管口，在塑料管底部打孔，與外部溶液連通，利用排空氣法的原理測量多孔泡沫鎳電極上產生的氫氣體積；

(3)使用電化學工作站的計時電流法外加電壓到步驟(2)構建的電催化燃料電池中，讀取多孔泡沫鎳上氫氣的析出量。

步驟(1)所述的恒電位沉積法的反應時間為100～500s。

步驟(1)所述恒溫干燥是在20～50℃下進行。

步驟(1)所述氧化銦錫(ITO)導電玻璃的導電參數為5～15Ωsq^-1。

步驟(2)所述陽極的尺寸為0.05～10cm²，所述陰極的尺寸為0.05～10cm²。

步驟(2)所述多孔泡沫鎳電極的孔隙率為90～99％，孔徑為0.05～1mm。