[发明专利]由Na2

说明书

本发明涉及由Na₂S₂O₃介质制备的碳载纳米MnO₂的氧还原阴极及MFC，利用经预处理的碳刷、碳毡、碳布、碳纸等碳基材料，在碳基材料上负载纳米MnO₂；负载纳米MnO₂的处理方法为，1）在0.01‑0.1 mol/L的Na₂S₂O₃溶液介质中，以蠕动泵投加等体积、浓度为0.01‑0.05 mol/L的KMnO₄溶液；2）将经过预处理的碳基材料置于混合溶液中，并升温至50℃—90℃，在碳基材料上负载由Na₂S₂O₃还原KMnO₄生成的纳米MnO₂。本发明通过碳基材料与MnO₂的复合，既克服碳基材料O₂催化还原活性较低的缺点，又发挥碳基材料较高电导率的优势；MnO₂以纳米级粒径颗粒存在、高度分散，使阴极具有较高的O₂催化还原活性。

技术领域

本发明涉及微生物电化学领域，具体涉及一种由Na₂S₂O₃介质制备碳载纳米MnO₂作为氧还原阴极及其采用该阴极构成的微生物燃料电池(MFC)。

背景技术

微生物燃料电池(MFC)能将水中有机物化学能转化为电能，在环境、能源问题的解决方面有着广阔的发展前景，成为环境、能源领域研究的热点。

其空气来源广泛，价格低廉、环境友好，并且O₂还原反应具有较高的氧化还原电位，氧还原阴极MFC甚具实际应用潜力。目前，O₂催化还原活性最好的电极是铂碳(Pt/C)电极，也是MFC中常用的O₂催化还原阴极，但铂的成本使采用Pt/C电极的MFC在经济上承受着较大压力，这在很大程度上构成了对MFC实际应用的限制。MFC另一类常用的O₂催化还原阴极为碳基材料电极，包括碳刷、碳毡、碳布、碳纸等碳基材料，因其O₂催化还原活性较低，其MFC输出电压、输出功率较低。

MnO₂具有较高的O₂催化还原活性、较高的理论比电容，这样的性质与理想的MFC氧还原阴极要求十分适配，但MnO₂电导率较低，在MFC氧还原阴极方面的应用也受到限制。

迄今，经济的MFC氧催化还原阴极性能仍有待大幅改善，理想的MFC氧催化还原阴极仍在研究探索之中，不能满足用户的实际需要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种由Na₂S₂O₃介质制备碳载纳米MnO₂的氧还原阴极以及采用该阴极的微生物燃料电池(MFC)，既克服碳基材料O₂催化还原活性较低的缺点，又发挥碳基材料较高电导率的优势；特别是阴极负载MnO₂以纳米级粒径颗粒存在、高度分散，使阴极具有较高的O₂催化还原活性。

为了解决所述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种由Na₂S₂O₃介质制备碳载纳米MnO₂的氧还原阴极，其特征在于：在经预处理的碳基材料上，负载纳米MnO₂。本发明的氧还原阴极，通过碳基材料与MnO₂的复合，既克服碳基材料O₂催化还原活性较低的缺点，又发挥碳基材料较高电导率的优势，特别是负载MnO₂以纳米级粒径颗粒存在、高度分散，使阴极具有较高的O₂催化还原活性。