納米多孔金屬對葡萄糖的電催化氧化及其在燃料電池中的應(yīng)用.pdf

1、葡萄糖作為我們?nèi)粘Ｉ钜约吧顒又谐Ｒ姷奈镔|(zhì)，是一種無毒、廉價、可再生的綠色能源，具有以下特點：1、來源廣泛，造紙、釀酒以及人體內(nèi)都含有葡萄糖。2、反應(yīng)的條件相對溫和，能在常溫、常壓、中性條件下反應(yīng)，并且易于操作、控制和維護(hù)。3、生物相容性好，可為植入人體的人造器官或生物傳感器提供能量。葡萄糖作陽極的直接葡萄糖燃料電池（DGFC）具有綠色無污染、能量轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、噪聲低等優(yōu)點，有望應(yīng)用于小型可移動電源和可植入醫(yī)療設(shè)備方面。但

2、是，缺乏高效的葡萄糖氧化反應(yīng)催化劑是阻礙實際應(yīng)用的最大問題，最初研究的酶和微生物催化劑具有易失活、操作復(fù)雜等問題，而后來廣泛使用的粉末狀非生物催化劑也面臨活性低的問題。
　　通過脫合金得到的具有三維雙連續(xù)孔道的納米多孔金（NPG），憑借其特殊的納米尺寸效應(yīng)和良好的電化學(xué)性能而獲得廣泛關(guān)注，這種材料具有較高孔隙率、高比表面積、超高導(dǎo)電性等優(yōu)點，并且 NPG本身便可以作為一些氧化反應(yīng)的催化劑，并顯示出了良好的催化活性。此外，NPG本身

3、還具有良好的生物相容性和較高穩(wěn)定性，顯示出良好的應(yīng)用前景。因此，本文主要探究了納米多孔金屬對葡萄糖的電催化氧化性能及其在葡萄糖燃料電池中的應(yīng)用，具體研究內(nèi)容如下：
　?。?）通過自由腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種方法得到了兩種韌帶/骨架尺寸的納米多孔金薄膜，通過掃描電子顯微鏡對其形貌結(jié)構(gòu)和韌帶尺寸進(jìn)行表征，分別在堿性和中性溶液中對葡萄糖的電催化氧化行為進(jìn)行表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不管在堿性或是中性環(huán)境中，電化學(xué)腐蝕制備的韌帶尺寸較小的 NPG對葡萄

4、糖的催化性能都優(yōu)于自由腐蝕制備的尺寸較大的NPG。在此基礎(chǔ)上，將納米多孔金作為基底，通過化學(xué)還原法沉積了致密的Pt殼，得到 NPG-Pt核殼結(jié)構(gòu)催化劑，選用同樣的方法分析 NPG-Pt對葡萄糖電催化氧化反應(yīng)的活性，得到了與NPG一致的結(jié)果：骨架尺寸較小的NPG-Pt催化活性明顯優(yōu)于骨架較大的。
　　（2）通過電鍍的方法在NPG-Pt上修飾分散的Bi顆粒，組成NPG-PtBi作陽極和商業(yè)Pt/C作陰極的直接葡萄糖燃料電池，通過掃描電

5、子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）分析了材料的形貌結(jié)構(gòu)，X射線光電子能譜儀（XPS）分析 Bi元素的存在狀態(tài)。研究討論了操作溫度和葡萄糖燃料濃度以及NaOH濃度對直接葡萄糖燃料電池性能的影響，在陽極貴金屬負(fù)載量僅為0.45 mg cm-2（Au0.3 mg和Pt0.15 mg）的情況下，獲得0.9 V的開路電壓（OCV），最大（表面積）功率密度為8 mW cm-2，最大重量功率密度為18 mW mg-1，比商業(yè)Pt/C高約4.