[发明专利]一种提高电极中MnOX催化剂氧还原活性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂领域，具体的说涉及一种碱性条件下提高MnOx催化剂氧还原活性的方法。 

背景技术

随着煤炭、石油和天然气等燃料的消耗量与日剧增及能源资源的储量日益枯竭，寻找环境友好可持续发展的能源技术迫在眉睫。燃料电池因其具有能量转化效率高、无污染、无噪音等优点，已成为世界各国研究的热点。 

燃料电池技术包括质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池、金属空气燃料电池以及碱性阴离子交换膜燃料电池等。质子交换膜燃料电池就目前技术而言，其成本高且受到贵金属催化剂资源的限制；固体氧化物燃料电池需要在高温条件下进行；金属空气电池燃料供应丰富、储存寿命长、噪声低、氧电极可采用非贵金属氧还原催化剂；而碱性阴离子交换膜燃料电池，与质子交换膜燃料电池相比，不存在因燃料渗透而导致电极电位下降的问题，同时也可采用非Pt氧还原催化剂。 

锰氧化物MnOx具有良好的氧还原催化活性，并且价格低廉、资源丰富，具有广阔的应用前景。目前，MnOx是金属-空气电池及碱性（阴离子交换膜）燃料电池的常用ORR催化剂。由于Mn具有Mn(II)、Mn(III)、Mn(IV)等不同的价态，因此其氧化物也存在多种形式：MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、Mn₅O₈及MnOOH等。研究认为，高价态的Mn对ORR的活性较高。此外，在电化学环境中，随着电位的改变催化剂表面Mn的价态也会随之发生改变，造成表面MnOx组成的变化，导致ORR活性发生变化。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种提高MnOx催化剂氧还原活性的方法，该方法通过电化学处理MnOx催化剂，使得MnOx催化剂表面Mn(IV)含量增高，从而提高MnOx催化剂的氧还原活性。 

为实现上述目的，本发明采用以下具体方案来实现： 

一种提高电极中MnOx催化剂氧还原活性的方法，碱性条件下，采用循环伏安扫描或线性扫描或恒电位扫描，对电极中的MnOx催化剂进行电化学处理，增加MnOx催化剂中的Mn(IV)含量来提高催化剂的氧还原活性。 

电极中MnOx为Mn₃O₄、MnO中的任意一种、或Mn₃O₄与MnO的 混合物、或Mn₃O₄与MnO₂的混合物，Mn₃O₄与MnO₂的混合物中MnO₂质量含量0.01-99.9%。 

在碱性电解质中，以担载有MnOx催化剂的电极为工作电极，以Hg/HgO为参比电极，通过循环伏安扫描或线性扫描或恒电位电化学扫描处理MnOx催化剂，使MnOx催化剂表面的部分Mn(II)转化为Mn(IV)，继而提高MnOx催化剂的氧还原活性。 

所述循环伏安扫描或线性扫描或恒电位扫描电化学处理的电位相对于Hg/HgO参比电极为0-0.3V。 

所述电化学处理时间为0.05-1h。 

所述碱性电解质为碱性液体电解质或碱性固体电解质。 

所述碱性液体电解质或为NaOH水溶液，或为KOH水溶液，或为NaOH和KOH的混合水溶液，且碱性液体电解质中的氢氧根离子浓度为0.1-5M； 

所述碱性固体电解质为季铵盐型阴离子交换膜或碱金属氢氧化物掺杂型阴离子交换膜。 

MnOx催化剂于电极中担载量为0.1-50mg·cm^-2。 

所述MnOx催化剂可以采用水热合成法制备，也可以采用其他方法制备。 

所述MnOx催化剂浆液的制备步骤包括：①称取一定量的MnOx催化剂（其中MnOx催化剂中含有MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、Mn₅O₈及MnOOH中一种或两种以上），②依次加入乙醇和Nafion树脂，乙醇与MnOx的质量比为50:1-10:1，Nafion与MnOx质量之比为1:20-1:1，③分散均匀后得MnOx催化剂浆液，④将步骤③所得催化剂浆液均匀涂覆于Pt片或其它导电基底表面，制得工作电极。 

本发明与现有技术相比具有如下的优点及效果：