改性金属络合物涂层催化剂的微生物燃料电池

本发明涉及一种微生物燃料电池催化剂，具体涉及改性金属络合物涂层催化剂的制备方法、性质和应用。

背景技术：

1、微生物燃料电池是一种将有机废弃物转化为电能的新型能源技术。在微生物燃料电池中，微生物通过代谢有机物产生电子，并将电子通过电极传递至电解质，最终转化为电能。微生物燃料电池的应用具有广泛的应用前景，如废水处理、环境修复和电力发电等领域。

2、传统的微生物燃料电池中常使用的催化剂包括铂、碳纳米管等材料，然而，微生物燃料电池的效率受到催化剂的制备工艺和催化剂本身的稳定性等因素的限制。传统的催化剂制备方法往往需要高温高压或毒性溶剂，且催化剂容易失活，从而限制了微生物燃料电池的发展。因此，开发一种性能优良、成本低廉、稳定性好的新型催化剂对微生物燃料电池的发展具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种改性金属络合物涂层催化剂的微生物燃料电池，以提高微生物燃料电池的效率和稳定性。本发明采用改性金属络合物作为催化剂，并将其通过溶液沉积法在电极表面制备成涂层催化剂。该涂层催化剂具有较高的电催化活性和稳定性，并且可以在较低温度下制备，避免了传统制备方法的高温高压和毒性溶剂的使用。

2、本发明提供了一种改性金属络合物涂层催化剂，其制备方法包括以下步骤：

3、(1)先取粗制重铬酸钾20g，放于大烧杯内，加普通水100ml使重铬酸钾溶解(必要时可加热溶解)。再将粗制浓硫酸(200m)缓缓沿边缘加入上述重铬酸溶液中即成加浓硫酸时须用玻璃棒不断搅拌，并注意防止液体外溢。

4、(2)将石墨棒电极置于重铬酸钾的so4溶液中浸泡数小时后取出，用蒸留水洗净。

5、(3)将适量的300目al2o3粉加入到适量的去离子水中，搅拌均匀，制备成抛光液。将制备好的抛光液涂抹在电极表面，然后用抛光布或抛光轮轻轻擦拭电极表面，直到电极表面光滑均匀。将抛光后的电极用去离子水彻底清洗干净，去除任何抛光液和残留物。

6、(4)使用乙醇或其他合适的溶剂将四金属卟啉铜溶解成浓度为0.1mg/ml的溶液。将石墨棒电极浸入金属卟啉溶液中，浸泡时间不宜过长，通常为5-10分钟左右。取出石墨棒电极并在空气中晾干，将金属卟啉留在电极表面。

7、(5)移入管式炉中，缓缓升温至500℃，恒温1小时，冷却至室温后取出，用蒸馏水清洗，放置干燥后测定。

8、作为步骤(1)的优选浸泡石墨棒电极的重铬酸钾的so4溶液浓度为0.2g/ml

9、作为步骤(2)的优选石墨棒具有良好的吸附性和电化学性能

10、作为步骤(2)的优选浸泡的时间为2个小时

11、作为步骤(3)的优选抛光液的浓度为2g/l

12、作为步骤(4)的优选四苯基卟啉铜具有良好的电催化活性，石墨和四苯基卟啉铜结合后能有更高的性能

13、作为步骤(4)的优选浸泡时间为5-10分钟能让更多卟啉附着在石墨棒电极上

14、作为步骤(1)-(5)的优选，所用的水均为去离子水

15、本发明实施的上述技术方案，以石墨棒为电极，以四苯基卟啉铜为催化剂，通过改性提升性能，充分利用了石墨棒的吸附性和四苯基卟啉铜的电催化活性，将该电极材料制作的电极应用于微生物燃料电池，所述技术方案的有益效果如下：

16、1.所述电极材料对微生物无毒害，具有较好的生物相容性；

17、2.所述电极材料具有制备方法简单、易于微生物吸附生长、电化学性能高等优点，且在制备过程中不会造成环境污染等问题，适合推广使用；

18、3.本发明中制备的改性金属络合物涂层催化剂具有活性高、稳定性好、成本低等优点，可提高电池的输出功率和稳定性。

技术特征：

1.一种双室微生物燃料电池的阳极催化剂涂层，其特征在于，包括如下制备步骤：步骤1：制备金属卟啉溶液，将四苯基卟啉铜溶于乙醇溶液里得0.1mg/ml的四苯基卟啉铜的乙醇溶液；步骤2：制备改性溶液，将浓硫酸溶液沿玻璃棒缓慢倒入重铬酸钾溶液获得浓硫酸的重铬酸钾溶液(备选为过氧化氢溶液)；步骤3：制备改性电极，将碳棒电极在改性溶液中浸泡一段时间后，使用300目氧化铝打磨，获得改性电极；步骤4：制备络合物涂层电极，将改性电极浸泡在四苯基卟啉铜的乙醇溶液中5～10min，取出自然晾干；步骤5：加热改性，将涂层电极置于加热炉里，将温度缓慢上调至300～800℃，持续1～2小时后取出获得改性金属络合物涂层电极。

2.根据权利要求1所述的微生物燃料电池阳极，其特征在于阳极经过强氧化性物质(浓硫酸的重铬酸钾溶液/过氧化氢)的处理。

3.根据权利要求1所述的微生物燃料电池阳极液，其特征在于所用的菌种为希瓦氏菌。

4.对于权力要求3中希瓦氏菌，其有机底物：葡萄糖；电解质:阳极液中使用磷酸盐缓冲液作为电解质，ph值为7.4；缓冲剂:阳极液中添加n-2羟乙基哌嗪-n’-2-乙磺酸缓冲剂，调节ph值；微量元素:阳极液中添加了适量的铁、钼、镍和锌等微量元素。

5.根据权力要求3，4中所述的微生物燃料电池阳极液，为了控制阳极氧气含量，通常在微生物燃料电池实验中采用气体稳定剂，如氮气或氩气，将阳极液中的氧气置换掉，从而避免氧气干扰微生物燃料电池的正常运行。

6.根据权利要求1所述的微生物燃料电池阳极催化剂，其特征在于测试四苯基卟啉铜在微生物燃料电池里的催化效益。

7.根据权利要求1所述的微生物燃料电池，其特征在于通过干磨法将电极浸泡在催化剂溶液里获得催化剂涂层。

8.根据权利要求1,4所述的微生物燃料电池催化剂，其特征在于四苯基卟啉铜经过加热变性。

技术总结
本发明实施了一种简单的双室微生物燃料电池包括电池本体和外接电路。其中电池本体阳极液中接种兼性厌氧菌，主要面向于电极的络合物涂层制备。金属络合物涂层电极具有低价高效的优点。本发明提供了一种改性金属络合物涂层催化剂的微生物燃料电池，可以提高微生物燃料电池的效率和稳定性，具有广泛的应用前景。该发明不仅能够解决传统催化剂制备方法的瓶颈问题，还具有更好的电催化活性和稳定性，能够为微生物燃料电池的工业化应用提供重要的技术支持。需要说明的是，本发明的实施并不限于上述具体实施例，还可以采用其他材料和方法进行改进和变化，而不影响本发明的实质特征。因此，本发明具有广泛的应用前景和商业价值。

技术研发人员：卢蕊,胡成,刘耀文,杨义浩,罗尔宬,赵莹,程桂石
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13