[發(fā)明專利]一種碳載銥錳金屬間化合物雙功能電催化材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810351769.6 | 申請日： | 2018-04-19 |
| 公開（公告）號： | CN108470917B | 公開（公告）日： | 2020-06-19 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 崔志明;杜麗;張嘉熙 | 申請（專利權(quán)）人： | 華南理工大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/88 | 分類號： | H01M4/88;H01M4/90;H01M12/08;H01M12/06 |
| 代理公司： | 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102 | 代理人： | 何淑珍;江裕強(qiáng) |
| 地址： | 510640 廣*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 碳載銥錳 金屬 化合物 功能 電催化 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明提供一種碳載銥錳金屬間化合物雙功能電催化材料及其制備方法。該方法是將銥和錳的可溶性前驅(qū)體通過浸漬法分散于碳載體，然后將所得到的碳載前驅(qū)體在還原性氣氛中進(jìn)行還原和有序化處理，即可得到碳載的有序結(jié)構(gòu)銥錳電催化材料。O?IrMn3/C材料具有超高的氧析出活性和良好的氧還原性能，同時有序化的IrMn3化合物也使得催化劑本身具備很好的穩(wěn)定性。本發(fā)明的O?IrMn3/C材料，其制法簡易，同時很大程度地降低了貴金屬銥的使用，作為高性能的雙功能催化劑可應(yīng)用于鋅空、鋰空等金屬空氣電池。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳載銥錳金屬間化合物雙功能電催化材料及其制備方法，及在雙功能電催化氧還原(ORR)與氧析出(OER)反應(yīng)中的應(yīng)用。
技術(shù)背景
化石能源的日漸枯竭以及近百年來大量使用化石能源造成的能源短缺和環(huán)境污染等問題，使得人類社會迫切地需要開發(fā)高效、清潔及可持續(xù)的新型能源儲存和轉(zhuǎn)化方式。可逆金屬空氣電池作為一種具有高能量密度及零排放等特點的裝置，被譽(yù)為是當(dāng)前最具希望的能源儲存和轉(zhuǎn)化系統(tǒng)之一，對緩解我國對化石類能源的依賴有重要的戰(zhàn)略意義。可逆金屬空氣電池的核心反應(yīng)是ORR和OER，其最大的挑戰(zhàn)就是開發(fā)高活性和穩(wěn)定性的催化劑材料，以提高ORR與OER的效率。ORR反應(yīng)以鉑(Pt)基催化劑的活性最佳，其OER活性卻非常的差。OER反應(yīng)以銥(Ir)基催化劑的活性最優(yōu)，其ORR活性則并不理想。由于ORR與OER所進(jìn)行的電勢范圍不同，僅有少數(shù)材料才能同時具備ORR與OER的催化活性。當(dāng)前研究較多的ORR與OER雙功能催化劑，通常采用將兩種分別具備較好ORR和OER活性的材料復(fù)合在一起的方法制備出來。通過復(fù)合的方法制備出來的材料可同時具備ORR和OER的活性，但由于復(fù)合材料所應(yīng)用的電勢范圍變廣，其穩(wěn)定性卻不能得到保證。
金屬間化合物是具有長程有序晶體結(jié)構(gòu)的化合物，與合金相比，其活性和穩(wěn)定性更高。錳(Mn)及其氧化物具有較好的氧還原活性，將Ir與Mn制備成有序的IrMn3金屬間化合物(O-IrMn3)，可將Mn的ORR性能與Ir的OER性能結(jié)合于O-IrMn3這一物質(zhì)。其長程有序的結(jié)構(gòu)也使得O-IrMn3的穩(wěn)定性得到提高，且相比于商用Ir/C催化劑，可大大降低貴金屬Ir的用量。研制碳載O-IrMn3金屬間化合物材料，有望突破可逆金屬空氣電池的技術(shù)難題，實現(xiàn)可逆金屬空氣電池的大規(guī)模應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳載銥錳金屬間化合物及其制備方法，該催化劑具有優(yōu)異的氧還原(ORR)和氧析出(OER)電催化活性和穩(wěn)定性，可應(yīng)用于可逆金屬空氣電池。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
一種碳載銥錳金屬間化合物雙功能電催化材料的制備方法，將碳粉超聲分散于含有銥和錳前驅(qū)體的水溶液中，通過蒸發(fā)水溶劑得到碳載銥錳氫氧化物復(fù)合物；然后在還原氣氛下進(jìn)行熱處理，將銥錳前驅(qū)體轉(zhuǎn)變成O-IrMn3金屬間化合物，即得碳載銥錳金屬間化合物材料。
一種碳載銥錳金屬間化合物雙功能電催化材料的制備方法，包括如下步驟：
（1）將碳粉超聲分散于含銥和錳前驅(qū)體的水溶液中，得到分散液；所述銥前驅(qū)體包括可溶于水的銥鹽及其水合物中的一種或組合；所述碳粉的加入量為金屬銥和錳質(zhì)量和的1.2 ~ 5.7倍；錳-銥金屬的原子比為1.0:1 ~ 6.0:1；所述錳前驅(qū)體包括可溶于水的錳（II）鹽及其水合物中的一種以上；
(2)將步驟(1)所得分散液加熱攪拌以蒸干水溶劑，得到粉末；
(3) 將步驟(2)所得粉末研磨后加入管式爐中，通入還原性氣體，進(jìn)行還原和有序化熱處理，得到碳載O-IrMn3金屬間化合物材料，即碳載銥錳金屬間化合物雙功能電催化材料。
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