一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于燃料电池电极技术领域，公开了一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法及其应用。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底，用聚乙烯醇与丙三醇混合溶液在柔性基底上修饰亲水表层，并利用银纳米线乙醇溶液作为导电层，并在该导电层利用电化学沉积法沉积纳米金‑镍颗粒，制备基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极；所述纳米镍颗粒沉积在纳米金颗粒上，纳米金颗粒沉积在银纳米线上。获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法及其应用
本专利技术属于燃料电池电极
，本专利技术涉及一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法及其应用。
技术介绍
燃料电池虽然是新能源技术的代表之一，但却不是新兴概念。燃料电池直接通过催化剂催化燃料与氧气发生反应将化学能转化为电能，能源效率高达70％，并且产物多为水对环境损害极低。根据电解质区分，燃料电池可分为质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池以及碱性燃料电池等。虽然燃料电池在一些方面有着较大的优越性，但在寿命、稳定性等方面还存在着诸多问题，提高燃料电池寿命和稳定性成为了热点研究问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法及其应用，开发一种非酶燃料电池阳极，结合纳米材料的优势，获得一种具有较高催化活性和稳定性的燃料电池阳极，提高化学能的转换率，促进燃料电池的发展。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极(NiNPs/AuNPs/AgNWs/PDMS电极)的制备方法；以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底，用聚乙烯醇与丙三醇混合溶液在柔性基底上修饰亲水表层，并利用银纳米线乙醇溶液作为导电层，并在该导电层利用电化学沉积法沉积纳米金-镍颗粒，制备基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极；所述纳米镍颗粒沉积在纳米金颗粒上，纳米金颗粒沉积在银纳米线上。上述一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极(NiNPs/AuNPs/AgNWs/PDMS电极)的制备方法具体制备步骤如下所示：(1)制作PDMS基片；采用光刻技术制作PDMS基片；在洁净的硅片表面旋涂光刻胶，遮蔽含有电极图形的掩膜版，最后进行曝光及显影，得到硅片模板；将硅片模板置于一次性培养皿中，浇注质量比为8-15:1的PDMS混合溶液；再放入真空干燥器中负压抽净PDMS混合溶液中的气泡，用时2-3h；取出后放入60-100℃的恒温烘箱中加热固化1h，并切分成12个电极基片；将做好的电极基片用胶带(购自美国3M公司)处理清除表面附着的灰尘，然后放入紫外臭氧清洗机中清洗2-30min，得到带有固定形状凹槽的PDMS基片；(2)PDMS基片表面亲水层修饰；具体步骤如下：(a)配制质量百分数为2-4％PVA与5-7％PVP的混合水溶液；优选为配制质量百分数为4％PVA与7％PVP的混合水溶液；(b)将制备好的PDMS基片浸泡于PVA和PVP混合溶液中20-50min，再放入60-80℃的真空烘箱中干燥2h；优选为将制备好的PDMS基片浸泡于PVA和PVP混合溶液中20min，再放入60-80℃的真空烘箱中干燥2h；(c)重复步骤(b)一次；(d)将PDMS基片放入80-100℃的真空烘箱中热固定20-30min；(e)重复步骤(b)、(d)一次，得到表面亲水层修饰的PDMS基片；(3)制备AgNWs/PDMS可塑电极电极将无水乙醇与水按9:1的体积比混合作为溶剂，配制浓度为5mg/mL的银纳米线溶液，将银纳米线溶液均匀地铺展在PDMS基片表面的凹槽内，于室温下放置干燥一天以上，即制备出AgNWs/PDMS可塑电极；(4)花状纳米金沉积制备AuNPs/AgNWs/PDMS电极；采用三电极体系，用AgNWs/PDMS可塑电极电极浸入0.2MH2SO4和4mg/mLKAuCl4的混合物中，使用铂电极作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极。采用电位-时间曲线，设置电化学工作站电沉积参数：设置电流0.2A，时间为1600s，进行沉积。沉积完后的电极氮气保护，放置三天后备用；制得AuNPs/AgNWs/PDMS电极；(5)基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备；采用三电极体系，以纳米结构的AuNPs/AgNWs/PDMS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；采用计时电位法，设置电化学工作站电沉积参数：上限电压-1V，保持时间300s，下限电压-0.6V保持时间100s，沉积完后的，立即将电极取出，用去离子水多次冲洗，电极氮气保护，放置三天后备用；制得基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极。进一步的，步骤(1)制作PDMS基片优选为：采用光刻技术制作PDMS基片；在洁净的硅片表面旋涂光刻胶，遮蔽含有电极图形的掩膜版，最后进行曝光及显影，得到硅片模板；将硅片模板置于一次性培养皿中，浇注质量比为10:1的PDMS混合溶液；再放入真空干燥器中负压抽净PDMS混合溶液中的气泡，用时2h；取出后放入80℃的恒温烘箱中加热固化1h，并切分成12个电极基片；将做好的电极基片用胶带(购自美国3M公司)处理清除表面附着的灰尘，然后放入紫外臭氧清洗机中清洗2min，得到带有固定形状凹槽的PDMS基片。上述一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极(NiNPs/AuNPs/AgNWs/PDMS电极)在乳糖溶液电催化氧化构建乳糖燃料电池的应用。具体为：以基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为对电极组成三电极系统，将该三电极系统置于以氢氧化钾溶液为电解质的乳糖溶液为燃料组合构建成为乳糖燃料燃料电池。进一步地，所述电解质为0.01-1mol/LKOH，优选为1mol/LKOH，pH为14。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术采用PDMS和银纳米线制得一种对乳糖具有高灵敏度的电极，且该电极在乳糖为基液时，催化效果好、灵敏度高、选择性好、结构稳定等优点，本燃料电池可用于制作随身充电宝，可用于发电厂及电动汽车等领域。本专利技术提供制备的制作PDMS基片中：浇注质量比为8-15:1的PDMS混合溶液；再放入真空干燥器中负压抽净PDMS混合溶液中的气泡，用时2-3h；是由于短于此时间气泡无法消除，时间过长则增加成本，降低效率；取出后放入60-100℃的恒温烘箱中加热固化1h，温度低于此范围得到的基底太软，高于此范围得到的基底过硬。本专利技术提供技术方案中选用浓度为5mg/mL的银纳米线溶液，铺展均匀，导电性好。附图说明图1为基于PDMS银纳米线的纳米金/纳米镍复合电极表面形貌图。图2为乳糖溶液与空白溶液循环伏安曲线对比图。图3为不同扫速乳糖溶液的循环伏安曲线图。图4为不同扫速的乳糖的标准曲线图。图5为基于PDMS银纳米线的纳米金/纳米镍复合电极抗毒化曲线图。图6为不同浓度的银纳米线溶液铺展结果图。图中(a)为1mg/mL、(b)为3mg/mL、(c)为5mg/mL、(d)为7mg/mL、(e)为10mg/mL。具体实施方式下面通过具体实施例详述本专利技术，但不限制本专利技术的保护范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法，其特征是，以PDMS为柔性基底，用聚乙烯醇与丙三醇混合溶液在柔性基底上修饰亲水表层，并利用银纳米线乙醇溶液作为导电层，并在该导电层利用电化学沉积法沉积纳米金-镍颗粒，制备基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极；所述纳米镍颗粒沉积在纳米金颗粒上，纳米金颗粒沉积在银纳米线上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法，其特征是，以PDMS为柔性基底，用聚乙烯醇与丙三醇混合溶液在柔性基底上修饰亲水表层，并利用银纳米线乙醇溶液作为导电层，并在该导电层利用电化学沉积法沉积纳米金-镍颗粒，制备基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极；所述纳米镍颗粒沉积在纳米金颗粒上，纳米金颗粒沉积在银纳米线上。


2.如权利要求1所述的一种基于PDMS的银纳米线/纳米金/纳米镍复合电极的制备方法，其特征是，具体步骤如下所示：(1)制作PDMS基片；
采用光刻技术制作PDMS基片；在洁净的硅片表面旋涂光刻胶，遮蔽含有电极图形的掩膜版，最后进行曝光及显影，得到硅片模板；将硅片模板置于一次性培养皿中，浇注质量比为8-15:1的PDMS混合溶液；再放入真空干燥器中负压抽净PDMS混合溶液中的气泡，用时2-3h；取出后放入60-100℃的恒温烘箱中加热固化1h，并切分成12个电极基片；将做好的电极基片用胶带处理清除表面附着的灰尘，然后放入紫外臭氧清洗机中清洗2min，得到带有固定形状凹槽的PDMS基片；
(2)PDMS基片表面亲水层修饰；具体步骤如下：
(a)配制质量百分数为2-4％PVA与5-7％PVP的混合水溶液；
(b)将制备好的PDMS基片浸泡于PVA和PVP混合溶液中20-50min，再放入60-80℃的真空烘箱中干燥2-3h；
(c)重复步骤(b)一次；
(d)将PDMS基片放入80-100℃的真空烘箱中热固定20-30min；
(e)重复步骤(b)、(d)一次，得到表面亲水层修饰的PDMS基片；
(3)制备AgNWs/PDMS可塑电极电极
将无水乙醇与水按9:1的体积比混...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晶，曹厚勇，邹璇，雷蕾，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21