一种微生物电解池的纳米线阴极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微生物电解池的纳米线阴极及其制备方法，具体涉及电解池阴极技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种微生物电解池的纳米线阴极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电解池阴极
，更具体地说，本专利技术涉及一种微生物电解池的纳米线阴极及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着社会经济的不断发展，人均能源需求将在
2030
年达到顶峰
。
除此之外，获取能源的过程也形成了很多环境污染问题
。
因此，开发生成绿色可再生能源并减少能源使用过程造成的环境污染的新技术已迫在眉睫
。
氢气具有极高的质量能量密度
(120
‑
142MJkg
‑
1)
，另外，氢气燃料的燃烧是一个零碳排放的过程，只产生水蒸汽
。
因此，氢气也是减少碳排放最重要的工具之一
。
然而，绝大多数的氢气是通过化石燃料
(
主要包括煤
、
石油和天然气
)
产生的，在这一过程中释放了大量的二氧化碳
。
这些制氢方法加剧了环境污染和全球变暖等一系列环境问题
。
微生物电解池
(MEC)
是一种极具有前景的制氢方法，它可以从废水和固体废物中生产氢气，也就是同时具备降解污染物和同步产能两大优势
。
这种技术在未来成功实现工业化和商业化的关键在于如何进一步降低阴极成本
。
[0003]微生物电解池中原始阴极材料上的析氢反应
(HER)
动力学很慢，因此需要高效的催化剂提高微生物电解池的产氢效率
。
铂
(Pt)
族金属的催化效果最好
(
包括很高的内在催化活性，极高的电流交换密度
(j0)
，极小的塔菲尔斜率和过电位
)
，但是其昂贵的费用阻碍了微生物电解池的工业应用
。
碳材料包括传统碳材料
(
如石墨
、
碳布和活性炭，具有生产简单
、
价格低廉等优点
)
和纳米碳材料
(
如石墨烯和碳纳米管，具有较大的比表面积
、
优异的导电性和发达的多孔结构
)
已经广泛应用于析氢反应的催化剂中
。
目前已经开发出二硫化钼
/
石墨烯
、
镍
‑
钼
/
碳布
、
氢氧化镁
/
石墨烯等廉价的阴极催化剂，大幅降低了阴极的造价，但对于产氢效率和产氢量还有很大的提高空间，因此围绕廉价碳材料阴极催化剂的研究具有实际意义
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种微生物电解池的纳米线阴极及其制备方法
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种微生物电解池的纳米线阴极及其制备方法，具体方法如下：
[0006]通过水热法和退火法相结合合成了多孔的
、
排列有序的
Ni
‑
WO2/CP
阴极
。
[0007]进一步的，具体制备方法如下：
[0008]步骤一：将碳纸裁成所需形状，依次用稀释的盐酸溶液
、
去离子水和乙醇溶液洗涤碳纸2～4次，得到预处理碳纸；
[0009]步骤二：将仲钨酸铵和硝酸镍溶于去离子水中，并加入稀释盐酸溶液调节
pH
，得到混合液；将步骤一中的预处理碳纸加入混合液中进行水热法处理，得到在碳纸上原位生长
Ni
‑
W
‑
O
纳米线；
[0010]步骤三：将步骤二中载有
Ni
‑
W
‑
O
纳米线的碳纸在混合气体中进行退火处理，最终得到
Ni
‑
WO2/CP
纳米线阴极
。
[0011]进一步的，在步骤二中，水热法的处理方式为：在
170
～
180℃
的温度下水热5～
6h
；在步骤三中的退火处理方式为：在混合气体中
600℃
退火
3h。
[0012]进一步的，所述混合气体包括氩气和氢气，氩气和氢气按照体积比
19∶1
混合
。
[0013]进一步的，在步骤一中，盐酸溶液浓度为：
0.1mol/L
，乙醇溶液浓度为：
95
％
。
[0014]进一步的，在步骤二中，仲钨酸铵
、
硝酸镍和去离子水的重量比为：
(24
～
25)∶1∶(925
～
927)。
[0015]进一步的，在步骤二中，加入稀释盐酸溶液调节
pH
过程中，调节到
pH
值＝
6.3
～
6.5。
[0016]进一步的，在步骤二中，将仲钨酸铵和硝酸镍溶于去离子水中并搅拌，搅拌转速为
600
～
800r/min
，搅拌时间为1～3小时
。
[0017]进一步的，在步骤二中，将仲钨酸铵和硝酸镍溶于去离子水中并搅拌，搅拌转速为
700r/min
，搅拌时间为2小时
。
[0018]本专利技术还提供了一种微生物电解池的纳米线阴极，该阴极采用上述任意一项所述的一种微生物电解池的纳米线阴极的制备方法制备而成
。
[0019]本专利技术的技术效果和优点：
[0020]1、
采用本专利技术制备流程简便，所使用到的钨和镍材料均属于非贵金属，相比于铂族金属，费用更低廉；本专利技术在降低造价的同时，更简洁了阴极的制作工艺，从而更利于
Ni
‑
WO2/CP
阴极的扩大化生产；另外，本专利技术所使用到的钨和镍材料还具有无毒无害
、
优异的稳定性和独特的物理化学性质等优点，特别是，二氧化钨除了具有金属
‑
氧键
(W
‑
O)
外，还具有独特的金属
‑
金属键
(W
‑
W)
，使得二氧化钨具有类似金属的性质；并且其优异的导电性有利于电子参与的析氢反应；生产的
Ni
‑
WO2/CP
阴极是通过原位生长在碳布上的
Ni
‑
W
‑
O
纳米线的得到的，有效地避免了催化剂纳米颗粒间的团聚，同时相较于大颗粒的团聚体，可提供更多的反应活性位点，从而加快阴极的析氢反应，促进阴极氢气的生成；
[0021]2、
本专利技术中所制备的
Ni
‑
WO2催化剂具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种微生物电解池的纳米线阴极的制备方法，其特征在于：制备方法如下：通过水热法和退火法相结合合成了多孔的
、
排列有序的
Ni
‑
WO2/CP
阴极
。2.
根据权利要求1所述的一种微生物电解池的纳米线阴极的制备方法，其特征在于：具体制备方法如下：步骤一：将碳纸裁成所需形状，依次用稀释的盐酸溶液
、
去离子水和乙醇溶液洗涤碳纸2～4次，得到预处理碳纸；步骤二：将仲钨酸铵和硝酸镍溶于去离子水中，并加入稀释盐酸溶液调节
pH
，得到混合液；将步骤一中的预处理碳纸加入混合液中进行水热法处理，得到在碳纸上原位生长
Ni
‑
W
‑
O
纳米线；步骤三：将步骤二中载有
Ni
‑
W
‑
O
纳米线的碳纸在混合气体中进行退火处理，最终得到
Ni
‑
WO2/CP
纳米线阴极
。3.
根据权利要求2所述的一种微生物电解池的纳米线阴极的制备方法，其特征在于：在步骤二中，水热法的处理方式为：在
170
～
180℃
的温度下水热5～
6h
；在步骤三中的退火处理方式为：在混合气体中
600℃
退火
3h。4.
根据权利要求3所述的一种微生物电解池的纳米线阴极的制备方法，其特征在于：所述混合气体包括氩气和氢气，氩气和氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：许丽娜，李威，吕斯濠，刘倩，辛晓东，杨草，徐曼曼，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：