[發明專利]一種新型氧還原電催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201710154918.5
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN106939429A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 楊澤超;王瑩;南雅詩;曾科霖;程高;葉飛;孫明;余林
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙)11491
• 代理人: 黃耀鈞

技術領域

本發明涉及材料合成領域，特別涉及一種新型氧還原電催化劑的制備方法。

背景技術

清潔的可再生能源是應對能源和環境危機的有效途徑之一，在諸多的可再生能源中，化學能源能量轉化率高，便于攜帶，一直是研究的熱點。其中，金屬空氣電池由于具有極高的理論能量密度，因此作為新一代動力電池系統備受關注。

傳統的陰極氧還原催化劑如貴金屬Pt/C由于價格高昂、資源稀缺，因此不適合在工業上的應用。目前，開發新型非貴金屬催化劑成為當前的一大研究熱點。MnO₂由于具有資源豐富、價格低廉和環境友好等優點，作為陰極氧還原催化劑引起了研究學者廣泛的注意。不同晶型結構的MnO₂的氧還原催化活性順序為：α-MnO₂>γ-MnO₂>β-MnO₂。目前，有許多研究采用不同的方法合成了α-MnO₂，并將其應用于氧還原催化反應。例如，Cheng等(Chem.Mater.,2010,22,898-905)通過水熱法，以高錳酸鉀為氧化劑，硫酸錳作為還原劑合成了α-MnO₂的氧還原催化劑；Xiao等(J.Phys.Chem.C,2010,114,1694-1700)利用高錳酸鉀與鹽酸反應合成了α-MnO₂納米管的氧還原催化劑；Cheng等(J.Mater.Chem.A,2016,4,16462-16468)以氯酸鉀為氧化劑，醋酸錳作為還原劑合成了α-MnO₂的氧還原催化劑。目前，采用層狀二氧化錳(δ-MnO₂)作為反應物合成α-MnO₂氧還原催化劑的研究鮮見報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種新型氧還原電催化劑的制備方法。

一種新型氧還原電催化劑的制備方法，含有如下步驟：將層狀氧化錳固體粉分散至酸性溶液當中，攪拌均勻后轉入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在100℃溫度下靜置反應24h，所得產物經過濾、洗滌、干燥，即得到所述的電極催化劑。

進一步的，所述的酸為硫酸。

進一步的，所述酸的摩爾濃度為0.3～0.4mol./L。

進一步的，所述層狀氧化錳由如下含驟合成：將葡萄糖與高錳酸鉀加入至蒸餾水溶液當中，劇烈攪拌后得到凝膠，然后將剩余的水倒去后將該凝膠放置于110℃下干燥12h得到干凝膠；最后將干凝膠煅燒2h后，并將所得產物經過濾、洗滌、干燥，即得到所述的層狀氧化錳。

更進一步的，所述葡萄糖與高錳酸鉀的摩爾比為3:2。

更進一步的，所述煅燒溫度為450℃。

本發明具有如下有益效果：

本發明提供了一種2步法制備氧還原電催化劑，該制備方法具有流程簡單、控制方便、產量大、易于工業化等優點。制備的氧還原電催化劑作為電極活性材料，在氧還原性能測試中表現出良好的催化性能。

附圖說明

圖1為本發明的實施例1制備的催化劑X射線衍射圖。

圖2為本發明的實施例1制備的催化劑掃描電鏡圖。

圖3為本發明的實施例1所制備催化劑的電催化氧還原的性能圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明進行詳細的說明，實施例僅是本發明的優選實施方式，不是對本發明的限定。

如無特別說明，本發明的層狀氧化錳均按如下步驟合成：將0.03mol葡萄糖與0.02mol高錳酸鉀加入至100mL蒸餾水溶液當中，劇烈攪拌后得到凝膠，然后將剩余的水倒去后，將該凝膠放置于110℃下干燥12h得到干凝膠；最后將干凝膠在450℃下煅燒2h后，并將所得產物經過濾、洗滌、干燥，即得到所述的層狀氧化錳。

實施例1

將0.4g上述方法所得的層狀氧化錳固體粉分散至30mL硫酸溶液當中，其中，硫酸的濃度為0.3mol/L，攪拌均勻后轉入聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中，在100℃溫度下靜置反應24h，所得產物經過濾、洗滌而后干燥即得到所述的電極催化劑。

然后將上述電極催化劑進行表征，其X射線衍射圖如圖1，從圖1可以看出，其與JCPDF標準卡PDF#44-0141型號的α-MnO₂對應；圖2為本實施例制備催化劑的掃描電鏡圖，從圖中可以看出其為一種一維納米棒結構。本制備方法所選用的原料中，陰離子只含有硫酸根，有利于誘導生成α-MnO₂。

實施例2