[发明专利]一种基于碳纳米管聚多巴胺复合材料微生物燃料电池的方法

说明书

本发明公开了一种基于碳纳米管聚多巴胺复合材料微生物燃料电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将羟基化多臂碳纳米管加入溶剂超声分散；步骤2，将超声后的CNTs‑COOH和盐酸多巴胺按质量比例1:0.6‑:6混合得混合物；步骤3，将混合物接入搭建好的MFC阳极室中，使其HCl‑DA的终浓度为0.1‑1 mg/mL；步骤4，采用Ag/AgCl为参比电极，通过循环伏安法扫描在（‑1.0）V‑（+1.0）V进行电聚合。与现有技术相比，本发明微生物燃料电池通过碳纳米管聚多巴胺复合材料为原料，结合菌作为电池的阳极液，良好的稳定性和分散性，提高了MFC的产电量，具有良好的市场前景。

技术领域

本发明属于微生物燃料电池制备技术领域，具体涉及一种基于碳纳米管聚多巴胺复合材料微生物燃料电池的方法。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为催化剂将化学能转化成电能的装置，因其降解有机物的同时收获电能的突出特点受到广泛关注。但其发展的主要问题之一是单位电极面积上的输出效率比较低，无法在实际应用上很好地放大试验。阳极直接参与了微生物催化氧化过程得到了广泛的研究。多臂碳纳米管(CNTs) 由于具有良好的导电性，较大的比表面积，在MFC中可以增加细胞接触面积，因此，常用于MFC的以增强电池的电化学性能。

CNTs是由单层或者多层的石墨烯片按一定的螺旋角形成的同轴纳米级管状分子，具有高度离域化的大π键，其上有许多处于高速运动中的未成键电子，赋予了它良好的导电性。但其应用过程中也发现了一些缺陷。(1)一般会将CNTs 制成溶液，滴凃在电极材料表面，空气中风干后使用。这种修饰方式操作非常简单，效率也很高，但是稳定性很差，通常在电池运行1-2天内就会大面积地脱落。 (2)CNTs之间有很强的范德华力，而且分子量较大，在水溶液中容易发生团聚和缠绕，集结成大的束或绳状。这限制了其应用，因此对于CNTs的研究首要解决的就是分散和稳定问题。超声是一种常用于溶液中CNTs分散的物理方法，该方法操作简单，见效快，但不能长期保持分散状态。(3)CNTs的暴露可能会导致细胞毒性和遗传毒性，对于微生物而言也有损伤细胞膜的隐患。

现有技术中对CNTS的改性处理方法比较多，但是效果并不理想。比如说通过化学反应以共价键的形式将功能化基团引入CNTs的侧壁从而改性的方法称为共价改性法，引入的功能性基团通常以羧基、羟基和氨基等，增加了CNTs表面的活性位点，提高了分散性。但这种方法破坏了CNTs原有的结构，会削弱它的导电性和机械强度。

聚多巴胺(PDA)是一种有机聚合材料，也是第一种几乎可以对一切化学材料进行表面功能化的黏合性聚合物。PDA的亲水性很好，这是因为其结构中含有的酚羟基和氨基基团，能够与水分子形成氢键。PDA的单体多巴胺(DA)是生物体内一种重要的神经递质，参与多种情绪的产生，因此PDA的具有很好的生物相容性。近年来，PDA在材料、医学、化学等多个研究领域得到了积极的研究和广泛的应用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于碳纳米管聚多巴胺复合材料微生物燃料电池的方法，该方法简单易于制备，稳定性和分散型好，且所得燃料电池的 MFC的产电量高。

一种基于碳纳米管聚多巴胺复合材料微生物燃料电池的方法，包括以下步骤：

步骤1，将羟基化多臂碳纳米管CNTs-COOH加入溶剂超声分散15-60min；

步骤2，将超声后的CNTs-COOH和盐酸多巴胺(HCl-DA)按质量比例1:0.6-:6 混合得混合物；

步骤3，将混合物接入搭建好的MFC阳极室中，使其HCl-DA的终浓度为 0.1-1mg/mL；

步骤4，采用Ag/AgCl为参比电极，通过循环伏安法扫描在(-1.0)-(+1.0) V进行电聚合。

作为改进的是，步骤2中C NTs-COOH和盐酸多巴胺(HCl-DA)的质量比为为1:3。