【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化燃料电池，尤其涉及一种便携式光催化燃料电池及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着化石燃料的大量消耗和现代工业的持续发展，能源缺乏和环境污染已经成为当前人类所面对的两大主要生存问题。从人类社会长远、可持续发展的角度出发，我们迫切需要发展一种环境友好、可再生的能够用于能源的绿色生产和解决环境污染问题的技术。在提出的众多策略中，具有经济、清洁、安全和可持续等优点的光催化技术被认为是解决这两大生存问题的重要技术之一。由于半导体技术的飞快发展，以半导体材料为主体的光催化燃料电池(photacatalytic fuel cells，pfc)在环境治理和能源的绿色产生等方面得到了越来越广泛的应用。pec在废水处理和能源可持续发展方面都具有较大的作用，pfc可以在利用太阳光降解废水的同时，将废水中的化学能有效转换为电能，而且整个光催化体系具有较高的稳定性、高电流效率、快速的电子转移效率、低廉的价格以及对几乎所有类型的有机废物的普遍适应性。
2、pfc是在半导体光催化技术的基础上所发展起来的技术。在光照条件下，当使用的入射光的能量大于或者等于半导体光催化剂的禁带宽度时，在半导体材料中被束缚的电子(e-)获得足够的能量从而受到激发，电子随即从半导体的价带位置跃迁至导带位置成为激发态，同时，在半导体的价带上拥有了光生空穴(h+)，光生电子和光生空穴会分离、迁移至光催化剂的表面，从而参与接下来的氧化还原反应。通过上述的过程，半导体吸收太阳能的能量发生光催化反应，从而将太阳能转化为化学能。在光催化领域的技术支持下，将光催
3、但是现有的pfc仍然存在着几个关键性问题，包括高效地光阳极的设计与制备，体系的优化设计等。目前，pfc的结构有微流控结构，集成电解池等，但是其结构复杂、制备困难、需持续通入燃料或者氧气才可以稳定的输出。
4、因此，研究得到一种易操作、结构简单且无需持续通入燃料的便携式光催化燃料电池及其制备方法与应用具有重要意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种便携式光催化燃料电池及其制备方法与应用，其目的是解决现有光催化燃料电池结构复杂且需持续通入燃料的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种便携式光催化燃料电池的制备方法，包括如下步骤：
4、1)采用离子束沉积法对衬底进行tio2的溅射沉积，得到一面溅射有tio2的衬底；
5、2)将一面溅射有tio2的衬底置于有机钛盐的酸性溶液中进行水热反应后退火，得到便携式光催化燃料电池光阳极；
6、3)将导电材料涂覆在膜的一面后干燥，得到便携式光催化燃料电池光阴极；
7、4)取两个镍极耳分别连接光阴极和光阳极，并使用eva热熔膜对光阴极、光阳极和燃料进行封装，得到便携式光催化燃料电池。
8、优选的，步骤1)所述离子束沉积法在真空条件下进行，真空度≤2.0×10-5pa；所述离子束沉积法中，离子流为氩气，离子流的流量为2～5sccm，离子流的束流强度为15～45ma。
9、优选的，步骤1)所述离子束沉积法中，加速电压为240～260v，溅射能量为800～1200ev，溅射时间为30～50min，衬底与tio2靶材的距离为30～50cm，衬底的转速为35～45rpm。
10、优选的，步骤2)所述水热反应的温度为120～180℃，水热反应的时间为10～14h，所述退火的温度为400～600℃，退火的时间为4～6h。
11、优选的，步骤2)所述有机钛盐的酸性溶液中，有机钛盐为钛酸四丁酯和/或钛酸四异丙酯，酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸和醋酸中的一种或几种；有机钛盐与酸性溶液的体积比为1:58～62。
12、优选的，步骤3)所述导电材料为铂和/或银浆，所述膜为防水透气膜，所述导电材料的厚度为0.05～5mm。
13、优选的，步骤4)所述封装的过程中，光阴极一侧eva热熔膜上设置有开口，采用eva热熔膜将光阴极固定于开口上方。
14、优选的，步骤4)所述封装的过程中，光阴极与光阳极的距离为1～2mm，燃料包括有机溶剂、染料和体液中的一种或几种；所述有机溶剂包括甲醇和/或乙醇，所述染料包括甲基橙和/或亚甲基蓝，所述体液包括汗液、泪液和尿液中的一种或几种。
15、本专利技术还提供了所述便携式光催化燃料电池的制备方法所制得的便携式光催化燃料电池。
16、本专利技术还提供了所述便携式光催化燃料电池作为光催化材料的应用。
17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
18、本专利技术中，光阳极性能优良，采用离子束沉积法进行tio2保护层的溅射沉积，所得tio2保护层性能稳定，有利于水热法制备tio2纳米棒阵列，水热法工艺简单，反应过程温和，所得产物精准。
19、本专利技术中，通过丝网印刷的方式将导电材料印刷在防水透气膜上制得的光阴极，实现了系统的自呼吸功能。
20、本专利技术中，采用热熔方式将光阴极、光阳极和燃料封装在eva热熔胶中，将eva热熔胶的一侧设置开口作为快拆口，快拆口的设置使光催化燃料电池结构更加简便、制备工艺简便且无需持续通入燃料或者氧气即可稳定输出电能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤1)所述离子束沉积法在真空条件下进行，真空度≤2.0×10-5Pa；所述离子束沉积法中，离子流为氩气，离子流的流量为2～5sccm，离子流的束流强度为15～45mA。
3.根据权利要求2所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤1)所述离子束沉积法中，加速电压为240～260V，溅射能量为800～1200eV，溅射时间为30～50min，衬底与TiO2靶材的距离为30～50cm，衬底的转速为35～45rpm。
4.根据权利要求1所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤2)所述水热反应的温度为120～180℃，水热反应的时间为10～14h，所述退火的温度为400～600℃，退火的时间为4～6h。
5.根据权利要求1～4任一项所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤2)所述有机钛盐的酸性溶液中，有机钛盐为钛酸四丁酯和/或钛酸四异丙酯，酸性溶液为盐酸、硫
6.根据权利要求1所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤3)所述导电材料为铂和/或银浆，所述膜为防水透气膜，所述导电材料的厚度为0.05～5mm。
7.根据权利要求1或6所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤4)所述封装的过程中，光阴极一侧EVA热熔膜上设置有开口，采用EVA热熔膜将光阴极固定于开口上方。
8.根据权利要求7所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤4)所述封装的过程中，光阴极与光阳极的距离为1～2mm，燃料包括有机溶剂、染料和体液中的一种或几种；所述有机溶剂包括甲醇和/或乙醇，所述染料包括甲基橙和/或亚甲基蓝，所述体液包括汗液、泪液和尿液中的一种或几种。
9.权利要求1～8任一项所述便携式光催化燃料电池的制备方法所制得的便携式光催化燃料电池。
10.权利要求9所述便携式光催化燃料电池作为光催化材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤1)所述离子束沉积法在真空条件下进行，真空度≤2.0×10-5pa；所述离子束沉积法中，离子流为氩气，离子流的流量为2～5sccm，离子流的束流强度为15～45ma。
3.根据权利要求2所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤1)所述离子束沉积法中，加速电压为240～260v，溅射能量为800～1200ev，溅射时间为30～50min，衬底与tio2靶材的距离为30～50cm，衬底的转速为35～45rpm。
4.根据权利要求1所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤2)所述水热反应的温度为120～180℃，水热反应的时间为10～14h，所述退火的温度为400～600℃，退火的时间为4～6h。
5.根据权利要求1～4任一项所述一种便携式光催化燃料电池的制备方法，其特征在于，步骤2)所述有机钛盐的酸性溶液中，有机钛盐为钛酸四丁酯...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺婕，冯梓轩，李雪辰，吕悦颖，张瑞，杨正春，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。