[发明专利]一种用于直接醇类燃料电池的电化学传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种用于直接醇类燃料电池的催化剂载体，还提供用于直接醇类燃料电池的电化学传感器，是将清洗好的基底电极放入本发明制备的催化剂载体中进行电沉积，然后再放入氯铂酸钾水溶液中进行电沉积得到的。本发明将氧化石墨烯与聚乙烯亚胺掺杂，形成插层复合材料，得到催化剂载体，并将其沉积在玻碳电极表面，然后电沉积催化剂铂，得到电化学传感器，应用三电极体系进行甲醇的催化氧化反应，催化效果显著。使用电极对不同浓度的甲醇溶液进行检测，发现催化氧化峰高与甲醇浓度呈线性关系，当甲醇浓度在0.02M‑2.0M之间时，线性良好，R²＝0.996，可作为电化学传感器用于溶液中甲醇的检测。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种用于直接醇类燃料电池的电化学传感器及其制备方法和应用。

背景技术

直接醇类燃料电池(DAFC)属于质子交换膜燃料电池的一种，它直接使用醇类物质而不需要预先重整。醇类在阴极转换成二氧化碳和氢离子，氢离子然后再与氧反应。DAFC因具有零污染、燃料来源广泛、能量密度高、转化速率快、操作温度低、储存容易、运输方便等特点，在能源领域前景广阔。传统的贵金属催化剂铂(Pt)，价格昂贵，容易失活，严重阻碍了DMFC的发展。优良的催化剂载体可以降低贵金属用量，提高催化剂活性，是解决DAFC发展的重要途径之一。

合适的催化剂载体由于能够提供高表面积，合适的孔隙度、高导电性和高稳定性，并能够使燃料电池对毒性中间产物的耐受性提高，故探讨载体改性在直接醇类燃料电池研发中发挥着不可估量的作用。在诸多的载体材料中，纳米碳材料(碳纳米管、碳纤维、碳球等)，因其优异的物理化学性质(强耐酸、耐碱性、强导电性、良好的金属性和半导体性等)和独特的纳米尺寸效应一直是研究的热点。碳材料作为电催化剂载体不仅可以增强电催化剂的分散度和活性，同时可以加强反应过程中的电子传递，提高催化氧化的效率。石墨烯是目前最薄(相当于原子直径)，最坚硬的二维碳纳米材料，被认为是最有前景的醇类燃料电池载体材料。氧化石墨烯(GO)是石墨烯经过氧化处理后的产物，氧化石墨烯仍具有石墨烯的层状结构，但其单片表层及边缘引入了许多羧基、羟基及含氧功能团。

以碳纳米为基底材料，Pt为催化剂的醇类燃料电池，一般都通过金属铂中掺杂进入其他金属、金属氧化物、金属复合纳米颗粒、氮及纳米复合物、导电聚合物和碳纳米复合材料等提高贵金属电催化剂的电化学催化活性。例如XiGeng等利用聚合物包埋技术，将Pt和PtSn纳米颗粒连接在多壁碳纳米管修饰的聚电解质聚乙烯亚胺上，用于甲醇氧化，取得了优良的催化结果及高毒容忍性。

廉价的碳载铂、钯等纳米粒子催化剂，借助载体的形貌及物理化学结构性质的变化而获得优良电催化氧化活性，一直是人们研究的热点。石墨烯是一种由sp²杂化碳原子组成的二维原子晶体。由于其卓越的电子传导能力和大的比表面积成为理想的载体材料。Pt/GO复合材料作为燃料电池催化剂的文献报道有很多,但大多数材料均一度差，Pt纳米颗粒分散性差，粒径范围较宽等问题普遍存在，从而限制了催化剂催化氧化甲醇的能力。

聚乙烯亚胺(PEI)又称聚氮杂环丙烷，是一种水溶性高分子阳离子聚合物。石墨烯掺杂的PEI复合材料作为催化载体及生物载体有着广泛研究。氧化石墨烯的有机相容性很强，可溶于多种溶剂，特别是水，它表面有很多基团，如羟基羧基和环氧基团，这些基团的存在提供了大量的化学反应位点，为氧化石墨烯的化学修饰提供了先决条件，氧化石墨烯可以通过共建键合作用、氢键、分子间作用力、π-π叠加作用等与聚合物接枝，提高聚合物的分散性；同时，氧化石墨烯巨大的比表面积，可作为载体支持物，提高高分子聚合物的负载量、分散性能、热导性能及机械性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于直接醇类燃料电池的电化学传感器及其制备方法和应用。