[發明專利]一種LaCoO3/N-rGO復合物及其制備和應用方法

有效

• 申請號: 201510760611.0
• 申請日: 2015-11-10
• 公開（公告）號: CN105449230B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 錢東;劉昆;王群峰;王喜鵬;陳澤華;李軍;馮海波
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

本發明公開了一種LaCoO₃/N?還原氧化石墨烯(rGO)復合物及其制備和應用方法，其制備方法為：首先分別通過溶膠?凝膠法制備LaCoO₃和改進的Hummers方法制備氧化石墨烯(GO)，再在氨水的存在下通過濕化學法制備得到LaCoO₃/N?rGO復合物；該制備方法簡單、成本低，有利于工業化生產；所制備的LaCoO₃/N?rGO復合物作為可充放金屬燃料電池氧還原(ORR)和氧析出(OER)雙功能催化劑，活性高，穩定性好，相對于商用20wt％Pt/C、LaCoO₃/rGO和LaCoO₃，具有更好的綜合性能，展現出很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種氧還原(ORR)和氧析出(OER)雙功能催化的LaCoO₃/N-還原氧化石墨烯 (rGO)復合物及其制備和應用方法，屬于電催化技術領域。

背景技術

隨著人類可持續發展對綠色、可再生能源需求的不斷增長，世界各國正急迫地尋找與開發高效和經濟的能量存儲與轉換裝置?？沙浞沤饘偃剂想姵赜捎谄渚邆錁O高的理論能量密度、環境友好、安全等特點，被譽為“面向21世紀的綠色能源”。

然而，雖然近年來可充放金屬燃料電池技術倍受關注，但是其實際應用除了在不計成本的宇航領域外，還不能達到商業推廣的要求，其主要原因是要采用到高成本的貴金屬Pt基和 Ir基材料分別作為其ORR和OER催化劑。因此，開發廉價的非貴金屬催化劑成為可充放金屬燃料電池廣泛商業化的首要任務。實現可充放金屬燃料電池中ORR和OER催化劑的一體化，可以大大簡化可充放金屬燃料電池的制備過程，其前景十分誘人。在過去的十余年里，世界各地的一些科學家致力于開發低成本、高效和長穩定性的ORR和OER雙功能催化劑。遺憾的是，迄今還沒有獲得合適的可實際應用的雙功能催化劑。貴金屬Pt基材料仍被認為是目前綜合性能最好的雙功能催化劑。

鈣鈦礦型復合氧化物分子表達式為AMO₃(A代表稀土原子，M表示過渡金屬原子)，然而一般情況下該類復合氧化物都存在空位形式的氧晶格缺陷，其精確的表達式應該為AMO_3-x (﹣0.5﹤x﹤0.2)。所形成的氧晶格缺陷常常會改變晶格氧的種類與數量，有助于加速氧遷移，因而具有較高的ORR和OER催化活性。目前，對于鈣鈦礦型復合氧化物，主要的研究還是集中在對其ORR催化性能的開發上，對其OER催化性能的開發鮮有報道。作為可充放金屬燃料電池ORR和OER催化劑，鈣鈦礦型復合氧化物目前最主要的兩個缺陷是低的質量活性和電導率。降低其物理尺寸和與大比表面積高導電性的物質復合是解決這兩個缺陷及提高其綜合性能的有效途徑。

近年來，rGO以其優良的導電性、穩定性和導熱性以及極高的理論比表面積，成為新材料領域中的一顆耀眼新星，對其進行N摻雜改性可以進一步提高其電子性能。

發明內容

本發明針對現有技術中單一LaCoO₃作為ORR和OER催化劑活性低、導電率低和穩定性較差的缺陷，目的之一是在于提供一種ORR和OER綜合催化性能遠高于LaCoO₃/rGO、LaCoO₃以及接近20wt％Pt/C商用催化劑的新型LaCoO₃/N-rGO復合物。

本發明的第二個目的是在于提供一種ORR和OER綜合催化性能遠高于LaCoO₃/rGO、LaCoO₃以及接近20wt％Pt/C商用催化劑的新型LaCoO₃/N-rGO復合物的低成本、易操作的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種作為可充放金屬燃料電池ORR和OER雙功能催化劑的新型LaCoO₃/N-rGO復合物的應用，在堿性介質中，綜合催化性能遠高于LaCoO₃/rGO、LaCoO₃以及接近20wt％Pt/C商用催化劑。