[發明專利]一種鑭鈷氧系納米復合纖維膜及其應用方法

有效

• 申請號: 202010146568.X
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111342064B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 李雙壽;張琦;湯彬;白旭明;韓湛然;陳卓凡;王海燕;姚啟明;王健美
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/08;H01G11/46;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明采用靜電紡絲技術制備出負載高催化活性LaCo_1?xM_xO₃(M＝V,Cr,Mn,Fe,Ni,Cu)納米晶的高分子纖維膜，均勻分散的催化材料和交錯的網狀纖維膜為催化過程提供了大量的固、液、氣三相反應位點，附著于催化材料和高分子纖維膜上的導電材料增強了催化材料的化學活性和載流子的傳輸能力。該納米復合纖維膜具有高催化活性和高穩定性，可避免催化材料的使用損耗和材料流失，滿足柔性儲能等領域以及可穿戴設備及家用設施等民用化應用的需求。

技術領域

本發明屬于納米復合催化材料及其應用技術領域，特別涉及一種高催化活性的鑭鈷氧系納米復合纖維膜及其應用方法。

背景技術

當前，人類賴以生存的地球由于煤炭、石油、天然氣等資源的日益匱乏和資源的低效使用所造成的嚴重浪費及污染，已不能滿足人類生存發展的基本需求。人類轉而探索更加清潔高效且來源豐富的能源形式，核能、太陽能、生物能等新能源也基于這種背景環境下得到了深入研究和廣泛應用。民用能源存儲的形式，也從單次使用的一次電池向可充放電循環使用的二次電池方向發展，由高毒性、低能量且笨重的鉛酸電池向低毒性、高能量、輕質的鋰離子電池、鎳氫電池方向轉變。特別是近年來，混合動力型電池和金屬-空氣電池的發展，以及可穿戴電子等柔性器件需求的增加，更加對能源的應用形式和人類的生存方式產生全新的變革，因而也得到了科研人員廣泛的關注和工業化的應用推廣。

以鋰-空氣電池和鋅-空氣電池為代表，金屬-空氣電池具有容量大、能量密度高、價格低廉、儲存/使用壽命較長、內阻小、放電曲線平穩、重量輕、易于拆裝維護等優點，特別是使用氧氣作為原料，來源豐富、取用便捷，適合作為柔性儲能器件的活性催化電極，以滿足可穿戴設備及家用設施等民用領域的應用需求。

然而，盡管諸多優異的催化材料被報道，但在其工業化應用，尤其是應用于柔性儲能器件的過程中依舊面臨一系列問題，如納米結構類材料本身的高毒性會引起安全問題，催化材料自身成分、結構等因素導致的催化活性偏低，團聚、二次生長等因素引發的催化材料比表面積減小，以及使用損耗造成的催化活性的急劇下降。因此，開發一種高催化活性、高穩定性的柔性催化材料以滿足柔性儲能器件的應用需求迫在眉睫。

發明內容

基于背景技術存在的問題，本發明的目的是提供一種高催化活性、高穩定性的鑭鈷氧系納米復合纖維膜，采用靜電紡絲技術制備出負載高催化活性LaCo_1-xM_xO₃(M＝V,Cr,Mn,Fe,Ni,Cu)納米晶的高分子纖維膜，均勻分散的催化材料和交錯的網狀纖維膜為催化過程提供了大量的固、液、氣三相反應位點，附著于催化材料和高分子纖維膜上的導電材料增強了催化材料的化學活性和載流子的傳輸能力。該納米復合纖維膜具有高催化活性和高穩定性，可有效避免催化材料的使用損耗和材料流失所引起的性能下降和安全問題，滿足柔性儲能(如金屬-空氣電池、混合動力型電池)領域，以及可穿戴設備及家用設施等民用化應用的需求。具體技術方案如下：

一種高催化活性、高穩定性的鑭鈷氧系納米復合纖維膜，其特征在于，采用靜電紡絲技術制備出負載高催化活性LaCo_1-xM_xO₃(M＝V,Cr,Mn,Fe,Ni,Cu)納米晶的高分子纖維膜，均勻分散的催化材料和交錯的網狀纖維膜為催化過程提供了大量的固、液、氣三相反應位點，附著于催化材料和高分子纖維膜上的導電材料增強了催化材料的化學活性和載流子的傳輸能力；

可選的，所述纖維膜的制備方法可以包括使用LaCo_1-xM_xO₃催化材料配置靜電紡絲使用的溶液、靜電紡絲制備納米復合纖維膜、成膜后低溫鈍化處理步驟；可以直接噴絲于剛性、柔性、曲面基底表面；

可選的，所述LaCo_1-xM_xO₃催化材料采用溶膠凝膠法制備，所述靜電紡絲使用的溶液包括以下組分：