[发明专利]一种双功能电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种双功能电催化剂及其制备方法，其制备方法包括：将丙烯腈低聚物加入溶剂中，然后加入羟基化多壁碳纳米管，搅拌1~2小时，得到糊状悬浊液；向所述糊状悬浊液中边搅拌边加入金属盐溶液，搅拌0.5~1.5小时之后，转移到油浴中，30~50 ^oC氛围下搅拌2~5小时；去除上述步骤所得混合物中的溶剂，得到固体混合物；将所述固体混合物在惰性气氛保护下，在800~1000 ^oC下煅烧0.5~1.5小时，得到煅烧产物，所述煅烧产物经研磨处理，得到双功能电催化剂。本发明利用碳纳米管和丙烯腈低聚物为原材料合成了高性能的ORR和OER双功能电催化剂。该合成方法简单，环境友好并且成本低廉。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种双功能电催化剂及其制备方法。

背景技术

在燃料电池和电解水装置中，燃料电池阴极氧还原反应（ORR）和电解水装置阳极氧析出反应（OER）的缓慢而又复杂的氧电极制约着它们的商业化应用。另一方面，金属-空气电池的阴极反应主要就是氧气的反应，包括电池放电时氧还原反应和电池充电时的氧气的析出反应。由于氧气反应过程在动力学上较慢的特性，催化剂的使用会很大程度上提高氧气反应的效率。

现在的科研工作者也不只是局限于研究单一的催化剂，找到价廉质优的ORR、OER双功能催化剂对实现金属-空气电池的长足进展有着重要的意义。现有的贵金属Pt催化剂可以高效催化氧还原反应，但在氧析出反应中催化能力很弱，并不能作为双功能催化剂应用到金属空气电池当中。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双功能电催化剂及其制备方法，旨在解决现有催化剂不能作为ORR、OER双功能催化剂应用到金属空气电池当中的问题。

本发明的技术方案如下：

一种双功能电催化剂的制备方法，其中，包括：

步骤A、将丙烯腈低聚物加入溶剂中，然后加入羟基化多壁碳纳米管，搅拌1~2小时，得到糊状悬浊液；

步骤B、向所述糊状悬浊液中边搅拌边加入金属盐溶液，搅拌0.5~1.5小时之后，转移到油浴中，30~50 ^oC氛围下搅拌2~5小时；

步骤C、去除步骤B所得混合物中的溶剂，得到固体混合物；

步骤D、将所述固体混合物在惰性气氛保护下，在800~1000 ^oC下煅烧0.5~1.5小时，得到煅烧产物，所述煅烧产物经研磨处理，得到双功能电催化剂。

所述的双功能电催化剂的制备方法，其中，所述步骤A中，所述丙烯腈低聚物的分子量在200~700之间。

所述的双功能电催化剂的制备方法，其中，所述步骤A中，所述丙烯腈低聚物与羟基化多壁碳纳米管的质量比为1~10。

所述的双功能电催化剂的制备方法，其中，所述步骤B中，金属盐为氯化铁、氯化钴中的一种或两种。

所述的双功能电催化剂的制备方法，其中，所述步骤B中，所述羟基化多壁碳纳米管与金属盐中的金属离子的质量比为0.3~0.4。

所述的双功能电催化剂的制备方法，其中，所述步骤C包括：将步骤B所得混合物置于70~90 ^oC油浴氛围下，磁力旋转蒸发除去大部分溶剂；然后转移至真空干燥箱中，于60~80 ^oC温度下将剩余溶剂蒸干，得到固体混合物。

所述的双功能电催化剂的制备方法，其中，所述磁力旋转蒸发的时间为3~5小时，真空干燥的时间为6~8小时。