[发明专利]一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池

说明书

本发明涉及生物电化学技术领域，具体公开了一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池。催化层的制备方法包括步骤：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，然后逐滴加入去离子水；S2、再加入全氟磺酸型聚合物溶液溶液和纯异丙醇溶液，搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将悬浮液涂覆到碳布上，在碳布上形成涂层，干燥，得到催化层。本发明所提供的催化层的制备方法中，创造性地以Co/UiO66催化剂为原料，与贵金属铂及其贵金属复合物相比，Co/UiO66催化剂的原料来源广泛、价格低廉，是一种很好的氧还原反应催化剂。应用于微生物燃料电池中，能够提高微生物燃料电池的稳定性、降低其运行费用、提高阴极电子传递速率。

技术领域

本发明涉及生物电化学领域，具体地涉及一种催化层的制备方法、催化层及微生物燃料电池。

背景技术

能源与环境问题，是全人类共同面临的课题，也是现代工业化发展亟待解决的难题之一。环境问题不仅关系到人类自身的生存和发展，与其他生物的生存繁殖同样息息相关。随着人类发展和工业发达，能源的开发对环境的破坏也是日益加剧，新清洁能源的开发和大规模利用迫在眉睫；生物质能的开发和高效利用便是解决环境污染和能源匮乏问题的有效途径之一，对实现社会可持续发展具有重要意义。微生物燃料电池在废水处理领域有望同时改善环境与能源问题。

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)是利用微生物作为生物催化剂将化学能直接转化为电能的一种“绿色”装置。在MFC阳极的产电微生物能氧化有机物产生电子和质子，通过微生物捕获至阳极后，通过外电路将电子转移至阴极，质子也通过质子交换膜传送至阴极，最终使质子与电子受体发生反应而产生电流。与其他燃料电池相比，MFC在净化污水的同时能够收获电能，并且不带来二次污染；具有维护成本低、操作条件温和、生物相容性好等优点，是一种高效新型电化学技术，得到国内外学者的广泛关注。

虽然微生物燃料电池的潜力在未来的发展具有良好应用，但是由于它的输出功率仍然较低，材料成本较高，还不能满足现代工业的需求，亟需制备催化活性高的微生物燃料电池的阴极催化剂，不仅能显著提高微生物燃料电池的产电性能，还能取替价格昂贵的Pt/C催化剂，从而大幅度减少整体成本和提高稳定性，对于MFC的大规模应用具有重要意义。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种催化层的制备方法、催化层及生物燃料电池，解决现有技术中存在微生物燃料电池的运用中较低的输出功率和较高的成本等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种催化层的制备方法，所述制备方法包括步骤：S1、将乙炔黑和Co/UiO66催化剂混合，然后逐滴加入去离水；S2、再加入全氟磺酸型聚合物(Nafion)溶液和纯异丙醇溶液，搅拌均匀，得到悬浮液；S3、将所述悬浮液涂覆到碳布上，在所述碳布上形成涂层，干燥，得到催化层。

优选的，所述乙炔黑与所述Co/UiO66催化剂的质量比为(3～5):1；所述去离子水与所述Co/UiO66催化剂的质量比为(10～15):1。

优选的，所述Nafion溶液的浓度为3％～5％，所述纯异丙醇溶液的浓度为95％～99％。

优选的，所述Co/UiO66催化剂与所述Nafion溶液、所述纯异丙醇溶液的质量比为1:(30～35):(25～30)。

优选的，所述涂层的厚度为0.3mm～0.5mm。

优选的，所述Co/UiO66催化剂的制备方法包括步骤：