微生物燃料電池中氧還原催化劑的制備、表征及其應(yīng)用.pdf

1、微生物燃料電池(Microbial Fuel Cell,MFC)能夠利用產(chǎn)電微生物代謝分解各種有機(jī)物,將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,可在處理污水及廢棄物的同時(shí)回收電能,是環(huán)境工程及能源領(lǐng)域中一個(gè)新興的研究方向。在各種類(lèi)型的MFC中,空氣陰極微生物燃料電池(Air-cathode Microbial Fuel Cell,ACMFC)因其陰極直接使用空氣中的氧氣作為氧化劑而具有諸多優(yōu)勢(shì)。但ACMFC陰極的氧還原反應(yīng)通常需要在鉑的催化下才能順利進(jìn)行

2、,昂貴的鉑大大增加了ACMFC的運(yùn)行成本,限制了MFC的發(fā)展,使得ACMFC仍停留在小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室水平上。低成本高性能的陰極催化劑的開(kāi)發(fā)是ACMFC研究領(lǐng)域亟待解決的難題。本文自組裝了單室微生物燃料電池,通過(guò)將鉑與其他非貴金屬形成合金并負(fù)載到低成本的碳載體上,以獲得價(jià)格低廉,氧還原催化性能優(yōu)越的合金催化劑,主要做了以下四項(xiàng)研究。
　　1、以羧基化的多壁碳納米管為載體,采用硼氫化鈉在堿性條件下還原制備了原子比為1:1的Pt-Ni催化

3、劑(15 wt％Pt),利用XRD,TEM測(cè)定了其晶體結(jié)構(gòu)、分散情況及納米尺寸,并將其應(yīng)用到了自組裝的MFC中。通過(guò)與商品化Pt/C(wt20％)的比較得出其催化性能相當(dāng),成本降低了約25％。
　　2、利用修飾的Hummers法制備了氧化石墨,超聲剝離后經(jīng)過(guò)乙二醇回流還原得到石墨烯,同時(shí)將金屬鉑和鈷前驅(qū)體還原到石墨烯上,成功得到了石墨烯負(fù)載的鉑鈷合金催化劑,通過(guò)XRD,TEM研究了其晶體結(jié)構(gòu)和分散情況及顆粒大小,并成功的應(yīng)用到了自

4、組裝的單室MFC中。通過(guò)與商品化Pt/C性能的比較得出,此種催化劑成本降低了約25％,催化性能相當(dāng),這種催化劑在MFC陰極催化劑的應(yīng)用中表現(xiàn)出較大的潛力。
　　3、用乙二醇作為溶劑和穩(wěn)定劑,硼氫化鈉還原的方法合成了炭黑負(fù)載不同Pt-Co原子比的合金納米顆粒并成功的將其應(yīng)用到MFC的空氣陰極中。其中Pt-Co原子比為1:1時(shí)的催化劑質(zhì)量活性達(dá)到商品化鉑碳的2.8倍,穩(wěn)定性也得到了改善。
　　4、在丙三醇的穩(wěn)定下,采用硼氫化鈉在