[發明專利]一種基于復合載體的納米電催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 201310066529.9
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103151542A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 銀鳳翔;李國儒;陳標華
• 申請（專利權）人: 北京化工大學常州先進材料研究院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B01J31/22;B82Y40/00;B82Y30/00
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技術領域

本發明涉及一種電池材料及其制備方法，特別涉及一種基于復合載體的納米電催化劑及制備方法。?

背景技術

鋰空氣電池作為一種新型的儲能裝置，具有能量密度高、無污染的優點，具有巨大的應用潛力，但是由于鋰空氣電池存在充放電過電壓，使得電池在充放電過程存在很大的能量損失，大大降低了電池可充電性，從而降低了電池的充放電循環效率和循環性能。因此，如何加快空氣電極充放電過程的氧氣還原反應，提高充放電循環效率和循環性能成為研究的關鍵。?

Abraham等人使用碳載鈷酞箐大環化合物作為陰極催化劑組裝成鋰空氣電池，使電池的過電位降低了0.65V，并且電池表現出好的循環效率，充放電循環三圈，電池容量衰減很小([J]K.M.Abraham?et?al，J.Electrochem.Soc.143(1996)1)。但是酞菁與過渡金屬配位生成的大環化合物催化劑，制備工藝復雜，產率低，而且合成大環化合物的原料成本高，合成路線長、副反應多，從而大大的提高了催化劑的制備成本。?

發明內容

本發明的目的是提供一種基于復合載體的納米電催化劑及制備方法，具有制備工藝簡單、工藝重復性好和成本低等優點，并且所制備的催化劑用于鋰空氣電池的陰極，表現出很好的催化活性和穩定性。?

一種基于復合載體的納米電催化劑由過渡金屬配合物和金屬有機骨架（MOFs）-石墨烯復合載體組成；過渡金屬配合物與MOFs-石墨烯復合載體的質量比為1：5～1：100。?

一種基于復合載體的納米電催化劑的制備方法的具體過程如下，以下均以質量份表示：?

在10～80℃下，將1～50份鈷鹽或錳鹽加入到50～500份反應介質中，待其充分溶解后，攪拌下加入l～100份的含氮配體反應10～30分鐘得過渡金屬配合物，加入l～500份的MOFs-石墨烯復合載體，繼續攪拌30～480分鐘，蒸發去掉反應介質，然后惰性氣體中，500℃～1000℃熱處理30～480分鐘，冷卻，得到基于復合載體的納米電催化劑；其中含氮配體為：鄰菲噦啉，三聚氰胺，聯二呲啶，4,4’一聯吡啶，吡嗪或吡啶。?

所述反應介質為水、無水乙醇、甲醇、丙酮、N，N’一二甲基甲酰胺或乙二醇。?

所述鈷鹽為草酸鈷、硫酸鈷、醋酸鈷或硝酸鈷。?

所述錳鹽為草酸錳、硫酸錳、醋酸錳或硝酸錳。?

所述惰性氣體為N₂或Ar。?

所述石墨烯的制備是：在0℃冰浴下，按每0.015～0.12g石墨粉分散到20～25ml濃硫酸中，攪拌下加入KMnO₄，所加KMnO₄的質量是石墨粉的3～4倍，攪拌30-60分鐘，溫度上升到30～35℃左右，加入46ml去離子水，攪拌20～30分鐘，加入10ml質量濃度30%的H₂O₂，攪拌5～10分鐘，經過離心分離，用質量濃度5%HCl溶液、去離子水和丙酮反復洗滌后得到石墨烯。?

本發明制備基于復合載體的納米電催化劑顆粒度均勻，用于鋰空氣電極時，有利于空氣中的氧氣在催化劑中的擴散。相比較貴金屬催化劑或者口卜啉、酞菁與過渡金屬配位生成的大環化合物催化劑需要昂貴的原料、復雜的合成路線、較長的制備時間，本發明直接采用廉價的含氮配體如鄰菲啰啉、聯吡啶等與過渡金屬反應，簡化了制備工藝、縮短了制備時間、工藝的重復性好，從而降低了陰極催化劑的制備成本。?

具體實施方式

金屬有機骨架材料的合成：采用溶劑熱合成法，由金屬鹽（例如Cu(NO₃)₂等）的乙醇溶液，有機配體（例如均苯三甲酸等）的乙醇溶液，在乙醇作為溶劑的條件下混合均勻，在75℃下反應，即得到產物金屬有機骨架材料（例如Cu₃(BTC)₂），將所得產品于75℃下烘干24小時，除去空穴中的有機溶劑。?

實施例l?

在10℃下，將0.16g硫酸錳加入到12g水中，待其充分溶解后，攪拌下加入0.5g鄰菲啰啉反應30分鐘得錳鄰菲啰啉配合物，加入l.8gMOFs-石墨烯復合，繼續攪拌120分鐘，蒸發去掉水，然后在氬氣中，900℃熱處理90分鐘，冷卻，得到一種基于復合載體的納米電催化劑。?

實施例2?