[发明专利]一种新型氧还原电催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料合成领域，特别涉及一种新型氧还原电催化剂的制备方法。

背景技术

清洁的可再生能源是应对能源和环境危机的有效途径之一，在诸多的可再生能源中，化学能源能量转化率高，便于携带，一直是研究的热点。其中，金属空气电池由于具有极高的理论能量密度，因此作为新一代动力电池系统备受关注。

传统的阴极氧还原催化剂如贵金属Pt/C由于价格高昂、资源稀缺，因此不适合在工业上的应用。目前，开发新型非贵金属催化剂成为当前的一大研究热点。MnO₂由于具有资源丰富、价格低廉和环境友好等优点，作为阴极氧还原催化剂引起了研究学者广泛的注意。不同晶型结构的MnO₂的氧还原催化活性顺序为：α-MnO₂>γ-MnO₂>β-MnO₂。目前，有许多研究采用不同的方法合成了α-MnO₂，并将其应用于氧还原催化反应。例如，Cheng等(Chem.Mater.,2010,22,898-905)通过水热法，以高锰酸钾为氧化剂，硫酸锰作为还原剂合成了α-MnO₂的氧还原催化剂；Xiao等(J.Phys.Chem.C,2010,114,1694-1700)利用高锰酸钾与盐酸反应合成了α-MnO₂纳米管的氧还原催化剂；Cheng等(J.Mater.Chem.A,2016,4,16462-16468)以氯酸钾为氧化剂，醋酸锰作为还原剂合成了α-MnO₂的氧还原催化剂。目前，采用层状二氧化锰(δ-MnO₂)作为反应物合成α-MnO₂氧还原催化剂的研究鲜见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型氧还原电催化剂的制备方法。

一种新型氧还原电催化剂的制备方法，含有如下步骤：将层状氧化锰固体粉分散至酸性溶液当中，搅拌均匀后转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在100℃温度下静置反应24h，所得产物经过滤、洗涤、干燥，即得到所述的电极催化剂。

进一步的，所述的酸为硫酸。

进一步的，所述酸的摩尔浓度为0.3～0.4mol./L。

进一步的，所述层状氧化锰由如下含骤合成：将葡萄糖与高锰酸钾加入至蒸馏水溶液当中，剧烈搅拌后得到凝胶，然后将剩余的水倒去后将该凝胶放置于110℃下干燥12h得到干凝胶；最后将干凝胶煅烧2h后，并将所得产物经过滤、洗涤、干燥，即得到所述的层状氧化锰。

更进一步的，所述葡萄糖与高锰酸钾的摩尔比为3:2。

更进一步的，所述煅烧温度为450℃。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种2步法制备氧还原电催化剂，该制备方法具有流程简单、控制方便、产量大、易于工业化等优点。制备的氧还原电催化剂作为电极活性材料，在氧还原性能测试中表现出良好的催化性能。

附图说明

图1为本发明的实施例1制备的催化剂X射线衍射图。

图2为本发明的实施例1制备的催化剂扫描电镜图。

图3为本发明的实施例1所制备催化剂的电催化氧还原的性能图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

如无特别说明，本发明的层状氧化锰均按如下步骤合成：将0.03mol葡萄糖与0.02mol高锰酸钾加入至100mL蒸馏水溶液当中，剧烈搅拌后得到凝胶，然后将剩余的水倒去后，将该凝胶放置于110℃下干燥12h得到干凝胶；最后将干凝胶在450℃下煅烧2h后，并将所得产物经过滤、洗涤、干燥，即得到所述的层状氧化锰。

实施例1

将0.4g上述方法所得的层状氧化锰固体粉分散至30mL硫酸溶液当中，其中，硫酸的浓度为0.3mol/L，搅拌均匀后转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在100℃温度下静置反应24h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到所述的电极催化剂。

然后将上述电极催化剂进行表征，其X射线衍射图如图1，从图1可以看出，其与JCPDF标准卡PDF#44-0141型号的α-MnO₂对应；图2为本实施例制备催化剂的扫描电镜图，从图中可以看出其为一种一维纳米棒结构。本制备方法所选用的原料中，阴离子只含有硫酸根，有利于诱导生成α-MnO₂。

实施例2