[發(fā)明專利]一種氧還原催化劑及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710241054.0
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106925261A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李福枝;劉躍軍;唐有根;石璞
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;H01M4/90;B82Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所11569
• 代理人: 王加貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化材料領(lǐng)域，特別涉及一種氧還原催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

金屬-空氣電池尤其是鋁-空氣電池，將是最有前途的能量轉(zhuǎn)換與儲存技術(shù)手段。鋁-空氣電池有不少優(yōu)點，如價格低、環(huán)境友好、運行溫度低(常溫)，實際能量密度高達(dá)600wh·kg^-1。但是，鋁-空氣電池的空氣電極在常溫下的反應(yīng)速度非常慢，需要催化劑來催化提速。目前最好的催化劑是商業(yè)鉑碳，常見的是JM 20％Pt/C，但鉑是一種稀有金屬，價格非常昂貴，很難大規(guī)模地商業(yè)應(yīng)用。

近些年來，由于銀金屬價格遠(yuǎn)低于鉑金屬，對氧還原反應(yīng)(ORR)具有較高的催化活性，因此，越來越多的研究重點被放在銀基催化劑上。目前銀基催化劑的研制主要集中在如下兩點：(1)將銀與非鉑金屬復(fù)合，如將銀與鈀、銅等復(fù)合，附載在碳載體上；(2)將銀附載在碳載體上。在這些研究中，均涉及到將硝酸銀(或其它銀鹽)還原成銀單質(zhì)并附載在碳載體上的步驟，但是采用的方法操作復(fù)雜、試劑毒性大，尤其是制備得到的銀基催化劑的氧還原反應(yīng)催化性能不能滿足實際要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氧還原催化劑及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的制備方法操作簡單，環(huán)境友好；制備得到的氧還原催化劑對氧還原反應(yīng)具有較好的催化活性，應(yīng)用到金屬-空氣電池中做空氣電極催化劑，氧還原反應(yīng)催化性能可與JM 20％Pt/C相媲美。

本發(fā)明提供了一種氧還原催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將碳載體、尿素、葡萄糖、硝酸銀和水混合，得到反應(yīng)分散液；

(2)將所述步驟(1)得到的反應(yīng)分散液進(jìn)行水熱還原反應(yīng)，得到水熱還原物料；

(3)將所述步驟(2)得到的水熱還原物料進(jìn)行固液分離，得到固體產(chǎn)物；

(4)在保護(hù)氣氛中，將所述步驟(3)得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行煅燒，得到氧還原催化劑。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中碳載體包括炭黑、活性炭、石墨烯或碳納米管。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中尿素、葡萄糖和硝酸銀的摩爾比為(14～18)：(3～6)：1。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中硝酸銀與碳載體的質(zhì)量比為(0.8～0.9)：1。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中水熱還原反應(yīng)的溫度為110～130℃；所述水熱還原反應(yīng)的時間為7～10h。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中煅燒的溫度為600～700℃；所述煅燒的時間為50～70min。

優(yōu)選的，升溫至所述煅燒的溫度的升溫速率為4～6℃/min。

本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的氧還原催化劑，包括碳載體和附載在所述碳載體上的銀粒子，其中，銀粒子占所述氧還原催化劑的30wt％～40wt％。

優(yōu)選的，所述氧還原催化劑的粒度為30～70nm。

本發(fā)明提供了上述技術(shù)方案所述氧還原催化劑在金屬-空氣電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種氧還原催化劑的制備方法，將碳載體、尿素、葡萄糖、硝酸銀和水混合，得到反應(yīng)分散液；將得到的反應(yīng)分散液進(jìn)行水熱還原反應(yīng)；將得到的水熱還原物料進(jìn)行固液分離；在保護(hù)氣氛中，將得到的固體產(chǎn)物進(jìn)行煅燒，得到氧還原催化劑。本發(fā)明以尿素為堿源，葡萄糖為還原劑，硝酸銀為銀源，水為反應(yīng)介質(zhì)，采用水熱還原法還原硝酸銀得到銀單質(zhì)，制備方法及試劑簡單，環(huán)境友好。采用本發(fā)明提供的方法制備得到的氧還原催化劑對氧還原反應(yīng)具有較好的催化活性和穩(wěn)定性，應(yīng)用到金屬-空氣電池中做空氣電極催化劑，氧還原反應(yīng)催化性能可與JM 20％Pt/C相媲美。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例5制備的氧還原催化劑的熱重曲線；

圖2為本發(fā)明實施例5制備的氧還原催化劑5萬倍下的掃描電子顯微鏡圖；

圖3為本發(fā)明實施例5制備的氧還原催化劑20萬倍下的掃描電子顯微鏡圖；

圖4為本發(fā)明實施例5制備的氧還原催化劑20萬倍下的透射電子顯微鏡圖；

圖5為本發(fā)明實施例3～5制備的氧還原催化劑和JM 20％Pt/C的線性掃描伏安曲線；

圖6為本發(fā)明實施例5制備的氧還原催化劑在2000循環(huán)實驗前后的線性掃描伏安曲線；

圖7為JM 20％Pt/C在2000循環(huán)實驗前后的線性掃描伏安曲線。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種氧還原催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將碳載體、尿素、葡萄糖、硝酸銀和水混合，得到反應(yīng)分散液；