[發明專利]一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑及制備方法

無效

• 申請號: 201310067391.4
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103151543A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 銀鳳翔;陳標華;陳丹
• 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;B01J31/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬電化學領域，尤其涉及一種用于鋰空氣電池的電催化劑及其制備方法。?

背景技術

鋰空氣電池具有容量大、比能量高、工作電壓平穩、價格低廉和環境友好等優點，是一種具有巨大市場前景的化學電源。而空氣電極是鋰-空氣電池中的主要組成部件，其性能的好壞決定了電池輸出功率的大小。空氣電極催化劑的催化活性在電池的使用中起著關鍵的作用，空氣電極催化劑的催化活性越高，意味著在一定的工作電流密度下，以空氣電極為正極的鋰-空氣電池有的輸出電位越高。長期以來，催化劑的研究主要圍繞以下系列集中展開：貴金屬催化劑（如鉑及鉑合金、銀），金屬螯合物，金屬氧化物（如尖晶石型氧化物，焦綠石型氧化物，鈣鈦礦型氧化物）等。貴金屬催化劑有很好的催化活性和穩定性，但由于價格昂貴很難商品化。鈣鈦礦型復合氧化物對氧還原有較好的催化活性和穩定性，但由于熱處理條件對鈣鈦礦晶型的形成有很大影響，而且大量研究表明催化性能也只是在100～180mA/cm²左右，達不到目前鋅-空氣電池發展的需要。?

發明內容

本發明的目的是提供一種制備用于鋰空氣電池的催化劑及其制備方法，該催化劑氧還原活性高，制備方便，價廉易得。?

為實現上述目的，本發明采取以下設計方案：?

一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑，催化劑的載體為金屬有機骨架（MOFs）。?

所述的催化劑的制備為在MOFs載體中加入錳鹽，再加入鈷鹽或鎳鹽中的至少一種，在堿溶液環境下反應后，再經去離子水洗滌、去除雜質離子最終干燥而成；其中，主材料成份的重量百分比為：錳鹽5～30%；鈷鹽0～25%；鎳鹽0～25%；余量為MOFs。?

所述的錳鹽為MnSO₄，Mn(NO₃)₂或者KMnO₄；所述的鈷鹽為CoSO₄，Co(NO₃)₂或者CoCl₂；所述的鎳鹽為NiSO₄，Ni(NO₃)₂或者NiCl₂。?

一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑的具體方法如下：首先將MOFs浸沒在氨水中，超聲攪拌均勻后，按比例加入錳鹽，再按比例加入鈷鹽或鎳鹽中的至少一種，然后加入堿溶液調節pH值在8～14，繼續超聲攪拌2～8小時；反應完成后，用去離子水冼滌，去除雜質離子，然后放入鼓風干燥箱，70～120℃烘干，所述的堿溶液為NaOH或者KOH溶液。?

所述MOFs和氨水的比值為1：2～1:100。?

本發明制備的催化劑催化活性高、穩定性好，而且制備過程操作簡單、成本低廉。?

具體實施方式

實施例1?

將25g的MOFs浸沒在氨水中，MOFs與氨水的比值為1:2，超聲攪拌均勻后，加入12.34g的Mn(NO₃)₂，加入4.69g的CoSO₄和8.79g的NiSO₄，然后加入濃度為0.1M?KOH溶液調節pH值為8，繼續超聲攪拌5.0小時；反應完成后，用去離子水洗滌，去除雜質離子，然后放入鼓風干燥箱，70℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比為：錳鹽15%，鈷鹽5%，鎳鹽10%，余量為MOFs。?

實施例2?

將25g的石墨烯浸沒在氨水中，MOFs與氨水的比值為1：50，超聲攪拌均勻后，加入16.62g的MnSO₄，加入11.91g的CoCl₂，然后加入濃度為0.15M的NaOH溶液調節pH值為8，繼續超聲攪拌2.0小時；反應完成后，用去離子水洗滌，去除雜質離子，然后放入鼓風干燥箱，90℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比為：錳鹽30%，鈷鹽15%，余量為MOFs。?

實施例3?