[發明專利]一種空氣電池用電催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811058706.8
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109193000B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 郭麗敏;張文亮;張家萌;畢科
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 賈顏維

1.一種空氣電池用電催化劑，其特征在于，包括二氧化鈦納米孔陣列和設置在所述納米孔陣列上的硫化鈷層，對所述硫化鈷層進行氮和/或磷摻雜處理。

2.根據權利要求1所述的空氣電池用電催化劑，其特征在于，所述催化劑中，所述硫化鈷層的負載量為36-73μg/cm²。

3.根據權利要求1所述的空氣電池用電催化劑，其特征在于，所述催化劑中，氮和/或磷的摻雜量為5-10％。

4.根據權利要求1所述的空氣電池用電催化劑，其特征在于，所述二氧化鈦納米孔陣列的厚度40-70nm，孔徑的大小為40-60nm。

5.一種空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：在二氧化鈦納米孔陣列中原位生長硫化鈷層，并對所述硫化鈷層進行氮和/或磷摻雜處理，得到所述電催化劑。

6.根據權利要求5所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述原位生長的方法包括：在所述二氧化鈦納米孔陣列上沉積金屬鈷層，于惰性氣體保護下進行硫化反應處理。

7.根據權利要求6所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述金屬鈷層的厚度為40-60nm。

8.根據權利要求5所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述氮和/或磷摻雜處理的方法包括：將形成有硫化鈷層的二氧化鈦納米孔陣列于450-550℃條件下，置于含氮和/或磷的氣氛下進行摻雜。

9.根據權利要求8所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，含氮的氣氛是將三聚氰胺粉末加熱至100-150℃得到的。

10.根據權利要求8所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，含磷的氣氛是將磷酸二氫鈉粉末加熱至500-700℃得到的。

11.根據權利要求5所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述氮和/或磷摻雜的方法包括：形成有硫化鈷層的二氧化鈦納米孔陣列置于管式爐的下游溫區，將氮源和/或磷源置于上游溫區；其中，下游溫區以4-6℃/min的速率升溫至450-550℃。

12.根據權利要求11所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，上游溫區加熱至100-150℃保溫10-30min，升溫至500-700℃，保溫40-60min。

13.根據權利要求6所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述硫化反應的方法包括：將沉積有金屬鈷層的二氧化鈦納米孔陣列于加熱條件下置于含硫氣氛中，進行硫化反應。

14.根據權利要求13所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述加熱的溫度為300-400℃。

15.根據權利要求13所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述含硫氣氛是以溶解有硫粉的硫化鈉溶液在加熱條件下得到的。

16.根據權利要求13所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述硫化反應的方法包括：將沉積有金屬鈷層的二氧化鈦納米孔陣列置于管式爐的下游溫區，將溶解有硫粉的硫化鈉溶液置于管式爐的上游溫區；其中，下游溫區以4-6℃/min的速率升溫至300-400℃，上游溫區以1-3℃/min的速率升溫至110-130℃。

17.根據權利要求13所述的空氣電池用電催化劑的制備方法，其特征在于，所述硫化反應保溫反應5-20min。