[發(fā)明專利]一種鋁摻雜量可控的過渡金屬氧化物的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010671985.6
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111933957B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王美;王慧奇;李瑩;侯華
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/06
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

本發(fā)明涉及電催化氧還原反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，一種鋁摻雜量可控的過渡金屬氧化物的制備方法，根據(jù)所需鋁摻雜量配置合適比例的過渡金屬和鋁，將過渡金屬和鋁熔融后制備成初始合金條帶；獲得的初始合金條帶置于堿性溶液中進(jìn)行脫鋁處理，然后用水多次沖洗后烘干，得到具有不同鋁摻雜量的過渡金屬氫氧化物或羥基氧化物或碳酸化物；獲得的具有不同鋁摻雜量的過渡金屬氫氧化物或羥基氧化物或碳酸化物置于退火爐中進(jìn)行高溫退火處理，獲得鋁摻雜量可控的過渡金屬氧化物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電催化氧還原反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鋁摻雜量可控的過渡金屬氧化物的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的不斷消耗，人類對可再生能源的需求日益增長，燃料電池和金屬-空氣電池以其高能量密度和環(huán)境友好性引起了人們的廣泛關(guān)注，然而陰極發(fā)生的氧還原反應(yīng)由于動力學(xué)緩慢，顯著影響了電池的能量效率和循環(huán)壽命。目前，廣泛應(yīng)用于氧還原反應(yīng)的電催化劑以貴金屬鉑、鈀及其合金為主，但其成本高、儲量低、穩(wěn)定性差，阻礙了該類催化劑的商業(yè)化應(yīng)用。

研究表明，過渡金屬氧化物是一種耐氧化和環(huán)保的催化劑材料，對其進(jìn)行摻雜改性可進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能，通常采用“自下而上”法制備，但工藝成本高、合成速度慢、很難大規(guī)模生產(chǎn)。因此，亟需開發(fā)一種溫和的制備方法，不僅可簡化制備流程，同時可靈活調(diào)控過渡金屬氧化物的微觀形貌和摻雜量，進(jìn)而獲得廉價、高效、穩(wěn)定的氧還原反應(yīng)催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何解決背景技術(shù)中的問題，提供一種摻雜量可控的過渡金屬氧化物的制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種鋁摻雜量可控的過渡金屬氧化物的制備方法，按照如下步驟進(jìn)行：

步驟一、根據(jù)所需鋁摻雜量配置合適比例的過渡金屬和鋁，將過渡金屬和鋁熔融后制備成初始合金條帶；

步驟二、將步驟一獲得的初始合金條帶置于堿性溶液中進(jìn)行脫鋁處理，然后用水多次沖洗后烘干，得到具有不同鋁摻雜量的過渡金屬氫氧化物或羥基氧化物或碳酸化物；

步驟三、將步驟二獲得的具有不同鋁摻雜量的過渡金屬氫氧化物或羥基氧化物或碳酸化物置于退火爐中進(jìn)行高溫退火處理，獲得鋁摻雜量可控的過渡金屬氧化物。

步驟一中初始合金鋁含量與步驟三中過渡金屬氧化物中鋁摻雜量存在一一對應(yīng)關(guān)系，可以通過多次實驗得到數(shù)據(jù)，建立初始合金鋁含量與過渡金屬氧化物中鋁摻雜量的關(guān)系圖，然后擬合獲得。

步驟一中過渡金屬為鈷、鐵、鎳、銅、錳中的一種或兩種。

步驟一中過渡金屬和鋁的原子比為5:95~95:5。

步驟一中初始合金條帶的寬度為1~5mm、厚度為10~100μm。

步驟二中堿性溶液為氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種，摩爾濃度為1~20mol/L。

步驟二中脫鋁處理溫度為25~90℃，時間為1~100h。

步驟三中高溫退火處理溫度為250~1100℃，時間為1~24h。

一種鋁摻雜量可控的過渡金屬氧化物的應(yīng)用，采用三電極體系，以鋁摻雜過渡金屬氧化物作為工作電極，鉑絲作為輔助電極，Ag/AgCl電極作為參比電極，進(jìn)行電催化氧還原反應(yīng)測試。