[发明专利]一种具光催化协同效应微生物燃料电池电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种具光催化协同效应微生物燃料电池电极，其特征在于包括碳布支撑体、电气石和具还原性物质混合粉层以及改性光催化材料，所述电气石和具还原性物质混合粉层附着于碳布支撑体的外表面，改性光催化材料附着于电气石和具还原性物质混合粉层表面；所述改性光催化材料具有可见光响应。

2.根据权利要求1所述具光催化协同效应微生物燃料电池电极，其特征在于所述具还原性物质为铁粉、铝粉中的至少一种，电气石和具还原性物质的质量比例保持在0.4-1.2之间。

3.根据权利要求1所述具光催化协同效应微生物燃料电池电极，其特征在于所述电气石和具还原性物质混合粉层通过静电喷涂法附着于碳布支撑体的外表面，控制静电电压60-90kv、静电电流10-20μA，负载量为0.8wt.%-16wt.%，粉层厚度在0.5μm-10μm。

4.根据权利要求1所述具光催化协同效应微生物燃料电池电极，其特征在于所述改性光催化材料为掺杂型TiO₂光催化材料，或者半导体复合光催化材料。

5.根据权利要求1所述具光催化协同效应微生物燃料电池电极，其特征在于改性光催化材料附着于电气石和具还原性物质混合粉层表面的具体方法为：用溶胶凝胶法制备元素掺杂的钛溶胶，将钛溶胶滴在以1r/s-5r/s速率旋转的含电气石和具还原性物质混合粉层的碳布支撑体的外表面，烘干后重复上述步骤滴加，然后在保护气氛中于400-600℃焙烧得到具光催化效应的电极；通过控制碳布的旋转速率和钛溶胶滴加速度来控制改性光催化材料的负载量，改性光催化材料的负载量为1wt.%-10wt.%。

6.根据权利要求5所述具光催化协同效应微生物燃料电池电极，其特征在于钛溶胶的具体制备方法为：取4-8mL钛酸异丙酯、异丙醇钛、钛酸四丁酯、四氯化钛中的一种为钛源，在磁力搅拌器作用下，逐滴加入6-14mL无水乙醇中得溶液A；取6-14mL无水乙醇，逐次加入0.8-2.0mL去离子水和1.0-2.6mL冰醋酸、柠檬酸、甲酸中的一种，再添加与钛源摩尔比均为0.008-0.012的硝酸铋和尿素，在磁力搅拌器的作用下，混合均匀得溶液B；在磁力搅拌器作用下，以0.5-2滴/s的速率把溶液B逐滴滴加到溶液A中，滴加完毕后继续搅拌20-60min得钛溶胶。

7.根据权利要求4所述具光催化协同效应微生物燃料电池电极，其特征在于改性光催化材料由以下方法制得：

1）负载掺杂型TiO₂光催化材料：使用三靶共溅的溅射仪器，三个溅射靶分别为纯TiO₂靶、非金属掺杂TiO₂靶、金属掺杂TiO₂靶，以含电气石和具还原性物质混合粉的碳布支撑体为基材，溅射的同时以1cm/s-5cm/s的速率移动基材，通过溅射仪器的溅射频率可以改变TiO₂中掺杂元素的含量，制备改性光催化材料；

2）负载半导体复合光催化材料：使用二靶共溅的溅射仪器，两个溅射靶分别为p型半导体材料和n型半导体材料，以含电气石和具还原性物质混合粉的碳布支撑体为基材，溅射的同时以1cm/s-5cm/s的速率移动基材，通过控制溅射仪器的溅射角度和溅射频率来改变不同类型半导体比例，制备改性光催化材料。