一种Au-Ni-Pt合金修饰阳极的制备方法

一种au-ni-pt合金修饰阳极的制备方法
技术领域
1.本发明属于新能源领域，具体涉及一种au-ni-pt合金修饰阳极的制备方法。


背景技术：

2.随着世界经济高速增长，人类能源的消耗量增大，现有化石能源无法满足人类的需求。而燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转变为电能的发电装置。燃料电池有许多优点，由于它不受卡诺循环的限制，与传统的能量转换系统相比能量转换效率高。它一般用氢作燃料，氧气为氧化剂，而产物为水，因而对环境的污染很小。由于不同类型的燃料电池在不同场合的应用，使燃料电池有着广泛的用途。基于此，目前，世界上大量科研工作者致力于以葡萄糖为代表的直接糖类燃料电池的研究。因此，制备出具有较高催化活性以及较强稳定性的燃料电池阳极是加速促进燃料电池实现产业化的的关键。在现阶段，生物酶常用于葡萄糖的氧化，以制备出具有较好氧化活性的燃料电池阳极。然而，由于酶的耐受性不足，无法在强酸性或强碱性环境下存活，并且也无法提供稳定的电流，因缺少一种高稳定性和高催化活性的阳极而限制其在燃料电池方面的应用。


技术实现要素：

3.针对上述不足，本发明提供一种au-ni-pt合金修饰阳极的制备方法，该au-ni-pt合金修饰的阳极具有高稳定性和高催化活性。
4.本发明以胶带(10
×
20mm)为基底，在其表面涂布一层pdms，烘干后，在其表面滴涂一层金-碳纳米管的修饰液，再通过一步电沉积法，将镍、铂金属沉积在自制电极表面，进而制备出au—ni—pt纳米合金修饰电极。
5.本发明涉及到的具体步骤如下：
6.(1)将胶带裁剪为10
×
20mm的规格，在胶带表面涂布一层pdms a液与pdms b液质量比为10:1的pdms混合溶液，抽净气泡、固化后氮气保护待用。
7.(2)将氯金酸钾和多壁碳纳米管按质量比为10:1的量溶于超纯水中。
8.(3)将混合好的多壁碳纳米管溶液按固定的量均匀涂布与修饰过pdms的胶带的表面，自然晾干，备用。
9.(4)au-ni-pt/胶带复合电极的制备：采用三电极体系，以用金-多壁碳纳米管修饰好的胶带作为工作电极，ag/agcl电极和铂丝电极为参比电极和对电极放入盛有硫酸镍溶液的电解池中。采用恒电流沉积法，设置电化学工作站电沉积参数：电压-1v，时间500s。立即将电极取出，用去离子水多次冲洗，迅速转移至新制的四氯亚铂酸钾溶液中，采用循环伏安法，设置电压扫描范围为-0.7～0.8v，扫速为100mv/s，扫描20圈。修饰完后的电极氮气保护，放置三天后备用。
10.有益效果：
11.本发明采用导电胶带为电极制作材料，原材料廉价易得，金镍铂保证了电极对麦芽糖的高催化效率，麦芽糖的氧化电流高；
12.本发明以纳米贵金属修饰电极，由于贵金属的催化效果好，使得pt-au的负载低，从而电极成本低。且电极的微观结构为花状纳米多维结构，使得电极的抗毒化能力强，结构稳定。制备在导电胶带上生长的au—ni—pt合金纳米修饰电极，有利于能源的良好利用。利用麦芽糖为底液，具有如下以下优点：
①
增大电极对被检测物的电流响应；
②
促进反应的可逆性；
③
降低被测物的检测限；
④
提高电极的灵敏度和选择性；
⑤
将催化剂与反应物、产物相互分离；
⑥
调节电极电位的大小和正负；
⑦
改变电化学反应的方向。与常规电催化相比，修饰电极电化学催化更加能够节省催化剂，并且该电极表面含有较强的活性中心。
附图说明
13.图1预处理之后的胶带导电表面表征情况。
14.图2au—ni—pt纳米复合电极表征。
15.图3三维纳米贵金属电极制备过程。
16.图4实验装置图。
17.图5在不同浓度的麦芽糖溶液中au—ni—pt合金纳米修饰电极循环伏安法催化结果图。
具体实施方式
18.下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。根据本发明设计目的,电极的形状大小、底液浓度、沉积时间、起始电位等均应属于本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明,均为本技术领域现有的常规方法所使用的材料、试剂等,如无特殊说明,均为可从商业途径得到的试剂和材料。
19.实施例中的rtv615聚二甲基硅氧烷a液和rtv615聚二甲基硅氧烷b液为大连迈图公司生产。
20.实施例1：麦芽糖燃料电池电极的制备
21.本实施例的工作电极au—ni—pt合金纳米修饰电极，通过以下方法制备得到。
22.通过在自组装后的胶带导电上利用电化学工作站，利用三电极体系，采用三电极体系，以纳米结构的au/胶带作为工作电极，ag/agcl电极和铂丝电极为参比电极和对电极放入盛有硫酸镍溶液的电解池中。采用计时电流法，设置电化学工作站电沉积参数：电压-1v，时间500s。立即将电极取出，用去离子水多次冲洗，迅速转移至新制的3mmol/l四氯亚铂酸钾溶液中，采用循环伏安法，设置电压扫描范围为-0.7～0.8v，扫速为100mv/s，扫描20圈。修饰完后的电极氮气保护，放置三天后备用。
23.本实施例的胶带通过以下方法得到：
24.首先将胶带裁剪为10
×
20mm的规格，在胶带表面涂布一层10:1的pdms混合溶液，抽净气泡、固化后氮气保护待用。然后，将氯金酸钾和多壁碳纳米管按质量比为10:1的量溶于超纯水中。最后，将混合好的多壁碳纳米管溶液按固定的量均匀涂布与修饰过pdms的胶带的表面，自然晾干，备用。如附图3所示。
25.用循环伏安法表征自组装前后电极的电化学性能。将自组装前后的电极在0.05m h2so4溶液中探究其循环伏安行为。电位：-0.6～1.2v，扫速为100mv/s。如附图1、附图2所示。修饰前后胶带的导电性能有了明显的提高，有利于进一步电化学沉积。
26.实施例2：麦芽糖燃料电池的构建方法
27.分别配置浓度为0.01、0.1、1、1.5mol/l的koh溶液，以此一系列浓度梯度的的koh溶液为溶剂，分别配置浓度为0.01、0.03、0.05、0.07、0.09mol/l的麦芽糖溶液。
28.选择麦芽糖燃料电池的设备,采用三电极体系，以按照实施例1制备的au—ni—pt合金纳米修饰电极为阳极，pt丝为阴极，饱和甘汞电极为参比电极，如附图4所示。在底液中分别测试不同浓度的麦芽糖溶液，利用循环伏安法对其进行催化氧化反应。设定循环伏安起始电压为2.3v，扫描速率为120mv/s。
29.实施例3：麦芽糖燃料电池性能测试
30.对实施例2构建的麦芽糖燃料电池的性能测试，具体操作步骤如下：
31.利用循环伏安法对实施例2构建的麦芽糖燃料电池进行催化氧化反应。通过探究，设定循环伏安起始电压为2.3v，扫描速率为120mv/s。
32.在相同的阴极下,从沉积了不同时间纳米金花的不同阳极的输出电压图看出低电位阳极构建电池的输出电压在1.1v左右,比未改性阳极构建的电池输出电压要高0.5v左右。如附图5所示。在相同阴极和阳极下，底液麦芽糖的浓度不同时，根据循环伏安图可以看出，当koh浓度为1mol/l,麦芽糖浓度为0.06mol/l时氧化效果最好。
33.该麦芽糖燃料电池修饰电极电化学催化更加能够节省催化剂，并且该电极表面含有较强的活性中心。且实验表明贵金属修饰电极对麦芽糖等具有良好的催化氧化作用，能够提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。
34.麦芽糖氧化过程方程式如下：
35.c
12
h
22
o
11
·
h2o
→
2c6h
12
o6[0036][0037]
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。