一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池技术

本发明专利技术涉及生物电化学技术领域，具体公开了一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池。催化层的制备方法包括步骤：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，然后逐滴加入去离子水；S2、再加入全氟磺酸型聚合物溶液溶液和纯异丙醇溶液，搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将悬浮液涂覆到碳布上，在碳布上形成涂层，干燥，得到催化层。本发明专利技术所提供的催化层的制备方法中，创造性地以Co/UiO66催化剂为原料，与贵金属铂及其贵金属复合物相比，Co/UiO66催化剂的原料来源广泛、价格低廉，是一种很好的氧还原反应催化剂。应用于微生物燃料电池中，能够提高微生物燃料电池的稳定性、降低其运行费用、提高阴极电子传递速率。

【技术实现步骤摘要】
一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池
本专利技术涉及生物电化学领域，具体地涉及一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池。
技术介绍
能源与环境问题，是全人类共同面临的课题，也是现代工业化发展亟待解决的难题之一。环境问题不仅关系到人类自身的生存和发展，与其他生物的生存繁殖同样息息相关。随着人类发展和工业发达，能源的开发对环境的破坏也是日益加剧，新清洁能源的开发和大规模利用迫在眉睫；生物质能的开发和高效利用便是解决环境污染和能源匮乏问题的有效途径之一，对实现社会可持续发展具有重要意义。微生物燃料电池在废水处理领域有望同时改善环境与能源问题。微生物燃料电池(MicrobialFuelCell,MFC)是利用微生物作为生物催化剂将化学能直接转化为电能的一种“绿色”装置。在MFC阳极的产电微生物能氧化有机物产生电子和质子，通过微生物捕获至阳极后，通过外电路将电子转移至阴极，质子也通过质子交换膜传送至阴极，最终使质子与电子受体发生反应而产生电流。与其他燃料电池相比，MFC在净化污水的同时能够收获电能，并且不带来二次污染；具有维护成本低、操作条件温和、生物相容性好等优点，是一种高效新型电化学技术，得到国内外学者的广泛关注。虽然微生物燃料电池的潜力在未来的发展具有良好应用，但是由于它的输出功率仍然较低，材料成本较高，还不能满足现代工业的需求，亟需制备催化活性高的微生物燃料电池的阴极催化剂，不仅能显著提高微生物燃料电池的产电性能，还能取替价格昂贵的Pt/C催化剂，从而大幅度减少整体成本和提高稳定性，对于MFC的大规模应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，提供一种催化层的制备方法、催化层及生物燃料电池，解决现有技术中存在微生物燃料电池的运用中较低的输出功率和较高的成本等问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种催化层的制备方法，所述制备方法包括步骤：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，然后逐滴加入去离水；S2、再加入全氟磺酸型聚合物(Nafion)溶液和纯异丙醇溶液，搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液涂覆到碳布上，在所述碳布上形成涂层，干燥，得到催化层。优选的，所述乙炔黑与所述Co/UiO66催化剂的质量比为(3～5):1；所述去离子水与所述Co/UiO66催化剂的质量比为(10～15):1。优选的，所述Nafion溶液的浓度为3％～5％，所述纯异丙醇溶液的浓度为95％～99％。优选的，所述Co/UiO66催化剂与所述Nafion溶液、所述纯异丙醇溶液的质量比为1:(30～35):(25～30)。优选的，所述涂层的厚度为0.3mm～0.5mm。优选的，所述Co/UiO66催化剂的制备方法包括步骤：S11、将2-氨基对苯二甲酸、氯化锆材料以及N,N-二甲基甲酰胺混合，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液放置在第一温度下反应，得到淡黄色混合粘稠物；S12、分别用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇搅拌洗涤所述淡黄色混合粘稠物，离心处理，干燥，得到固态物体；将所述固态物体、硝酸钴以及甲醇混合，得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液放置在第二温度下反应，得到掺Co的淡黄色混合粘稠物；S13、用甲醇洗涤所述掺Co淡黄色混合粘稠物，离心处理，干燥，得到掺Co的固态物体；将所述掺Co的固态物体放置在第三温度下进行高温灼烧，得到所述Co/UiO66催化剂。优选的，所述步骤S11中，2-氨基对苯二甲酸、氯化锆材料以及N,N-二甲基甲酰胺三者之间的质量比为1：(1～2)：(261～262)；所述步骤S12中，硝酸钴、固态物体以及甲醇三者之间的质量比为1：(11～12)：(68～69)。另一方面，本专利技术提供一种催化层，所述催化层通过上述制备方法制得。在另一方面，本专利技术还提供一种微生物燃料电池，包括扩散层，碳基层，碳布层及催化层，其中，所述催化层采用上述的催化层。优选的，所述催化层的厚度为0.4mm～0.5mm。本专利技术所提供的催化层的制备方法中，创造性的以Co/UiO66催化剂为原料，与贵金属铂及其贵金属复合物相比，Co/UiO66催化剂的原料来源广泛、价格低廉，是一种很好的氧还原反应催化剂。将本专利技术的制备方法所制得的催化层应用于微生物燃料电池中，能够提高微生物燃料电池的稳定性、降低其运行费用、提高阴极电子传递速率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为微生物燃料电池负载本专利技术实施例提供的催化层阴极的结构示意图；图2为本专利技术实施例1-4对应的催化层用于微生物燃料电池后的电压图；图3为本专利技术实施例1-4对应的催化层用于微生物燃料电池后的功率密度图。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术具体实施方式提供一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池，解决现有技术中存在微生物燃料电池的运用中较低的输出功率和较高的成本等问题。本专利技术具体实施方式提供一种催化层的制备方法，包括：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，然后逐滴加入去离水；S2、再加入Nafion溶液和异丙醇溶液，搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液涂覆到碳布上，在所述碳布上形成涂层，干燥，得到催化层。其中，所述Co/UiO66催化剂的制备方法包括步骤：S11、将2-氨基对苯二甲酸、氯化锆材料以及N,N-二甲基甲酰胺混合，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液放置在第一温度下反应，得到淡黄色混合粘稠物；S12、分别用N,N-二甲基甲酰胺和甲醇搅拌洗涤所述淡黄色混合粘稠物，离心处理，干燥，得到固态物体；将所述固态物体、硝酸钴以及甲醇混合，得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液放置在第二温度下反应，得到掺Co的淡黄色混合粘稠物；S13、用甲醇洗涤所述掺Co淡黄色混合粘稠物，离心处理，干燥，得到掺Co的固态物体；将所述掺Co的固态物体放置在第三温度下进行高温灼烧，得到所述Co/UiO66催化剂。具体的，本专利技术实施例中催化层的制备方法包括：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，其中，乙炔黑与Co/UiO66催化剂的质量比为(3～5):1；然后逐滴加入去离水，所滴加的去离子水与Co/UiO66催化剂的质量比为(10～15):1；S2、再加入浓度为3％～5％的Nafion溶液和浓度为95％～99％的异丙醇溶液，Nafion溶液和异丙醇溶液的加入顺序没有限制，其中，Co/UiO66催化剂与Nafion溶液、异丙醇溶液的质量比为1:(30～35):(25～30)搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将悬浮液涂覆到碳布上，在碳布上形成厚度为0.3mm～0.5mm的涂层，干燥，得到催化层。其中，Co/UiO66催化剂的制备方法包括步骤：S1、将2-氨基对苯二甲酸、氯化锆材料以及N,N-二甲基甲酰胺混合，其中，2-氨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种催化层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，然后逐滴加入去离子水；S2、再加入全氟磺酸型聚合物溶液和纯异丙醇溶液，搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液涂覆到碳布上，在所述碳布上形成涂层，干燥，得到催化层。

【技术特征摘要】
1.一种催化层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，然后逐滴加入去离子水；S2、再加入全氟磺酸型聚合物溶液和纯异丙醇溶液，搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液涂覆到碳布上，在所述碳布上形成涂层，干燥，得到催化层。2.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙炔黑与所述Co/UiO66催化剂的质量比为(3～5):1；所述去离子水与所述Co/UiO66催化剂的质量比为(10～15):1。3.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸型聚合物溶液的浓度为3％～5％，所述纯异丙醇溶液的浓度为95％～99％。4.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Co/UiO66催化剂与所述全氟磺酸型聚合物溶液、所述纯异丙醇溶液的质量比为1:(30～35):(25～30)。5.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述涂层的厚度为0.3mm～0.5mm。6.一种如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Co/UiO66催化剂的制备方法包括步骤：S11、将2-氨基对苯二甲酸、氯化锆材料以及N,N-二甲基甲酰胺混合，得到第一混合溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿郭，黄麟哲，钟铿锵，阎佳，肖唐付，李猛，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44