[發明專利]一種雙金屬普魯士藍硫化物的雙功能催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202110596484.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113422072A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 李光達;王炳倩;劉劍宇
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本次發明具體涉及到納米和電催化領域，此次發明的催化劑可以應用到鋅?空氣電池中。通過簡單的共沉淀法以硝酸鎳、檸檬酸鈉、鈷氰化鉀和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為原料合成了一種形貌均一、尺寸均勻的普魯士藍立方體納米顆粒前驅體，將該前驅體材料與硫粉以1:8的質量比分別放于瓷舟兩頭，在管式爐的氮氣氣氛下進行硫化反應，得到最終產物：雙金屬普魯士藍的硫化物催化劑材料。該催化劑在0.1M的堿性KOH電解液中進行ORR和OER性能測試，雙金屬普魯士藍的硫化物催化劑材料具有0.79V的半波電位，在10mAcm^?2的電流密度下過電位僅有320mV。且該催化劑制備流程簡單，價格低廉，原料豐富，產量高等優點。

技術領域

本發明隸屬于納米技術和電催化領域，具體涉及一種雙金屬普魯士藍硫化物的雙功能催化劑的制備方法及其應用，該催化劑可以應用于鋅-空氣電池。

背景技術

根據之前曾經有過的報道，鉑基材料是ORR的最佳電催化劑，而RuO₂已被證明對OER有較高的活性。然而，這些催化劑僅具有單一的催化性能，不能作為雙功能催化劑應用于鋅-空氣電池中。特別是，OER涉及四電子反應，反應動力學過程緩慢。此外，它們在實際應用的過程中還受到了成本高、資源有限和耐久性差等幾個方面的限制。因此迫切需要開發低成本、高效的雙功能催化劑，以構建高效的反應體系。

PBAs可以用一般式A_m[B(CN)₆]_n來表示，是形成的同型異多核復合物，其中A和B都是過渡金屬陽離子。普魯士藍類似物是一種具有簡單的立方框架結構的物質。表現出優異的磁性、光學和電化學性質，因此在電化學器件應用中具有很大的潛力，例如：分子磁鐵、電極和可充電電池。由于巨大的非對稱氰化物陰離子，PB及其類似物會具有開放的空間，它們會相互連接形成一個隧道結構，不僅可以容納中性分子，還可以容納其他的離子，維持離子電荷平衡。此外，它們是無毒的氧化合物，其氧化還原反應是化學可逆的。因此，這些材料成為了電化學領域的研究熱點。

發明內容

本發明根據現存的問題，設計了一種雙金屬普魯士藍硫化物的雙功能催化劑的制備方法，以制備高性能的雙功能電催化劑。

本發明的具體方案如下：

(1)將硝酸鎳和檸檬酸鈉溶于100mL去離子水中，標注為A,將鈷氰化鉀和CTAB單獨溶于另外的100mL去離子水中，標注為B。分別攪拌10分鐘后，將A和B迅速混合攪拌。室溫靜置24h。

(2)將(1)所制備的沉淀離心、干燥，得到Ni₃[Co(CN)₆]₂。

(3)把(2)所得產物與硫粉分別放于瓷舟兩端，放在氮氣氣氛下進行煅燒。

(4)第一步中，將0.8724g六水硝酸鎳和1.32345g檸檬酸鈉先后溶于100mL去離子水中，標記為A,把0.66466g鈷氰化鉀和0.1gCTAB溶于另外100mL去離子水中，標記為B。將A和B迅速混合攪拌。室溫靜置24h。

第二步中，將(1)所得產物用去離子水、無水乙醇分別離心3次，在60℃的烘箱中烘干12h。

第三步中，(2)中所得產物與硫粉的質量比為1:8分別放于瓷舟兩端，在管式爐中氮氣氣氛下以2℃/min的升溫速率升溫到400℃，并保溫5h。反應完畢后隨爐冷卻至室溫，即可得到雙金屬普魯士藍的硫化物。

附圖說明

圖1為制備的雙金屬普魯士藍的X射線粉末衍射圖。

圖2為制備的雙金屬普魯士藍硫化物的X射線粉末衍射圖。

圖3為制備出的雙金屬普魯士藍硫化物的透射電鏡圖像。

圖4為制備的雙金屬普魯士藍硫化物催化劑的ORR的極化曲線。