[发明专利]一种调控氧化物型电催化剂晶格应力的方法

说明书

一种调控氧化物型电催化剂晶格应力的方法，将MnFe₂O₄作为锂离子电池活性电极材料，锂金属作为对电极，Cellgard膜作为隔膜，1M的LiPF₆溶液作为电解液，组装CR2025半电池；首先分别对锂离子电池进行CV曲线的表征分析，确定MnFe₂O₄在锂离子电池中的起始还原电位，放电截止电压设在起始还原电位之前，保证Li⁺嵌入MnFe₂O₄的晶格，而不发生氧化还原反应，实现对MnFe₂O₄晶格应力的单独控制；然后通过控制放电截止电压，放电截止电压设在0.7‑2V，调整Li⁺的嵌入量，从而调控MnFe₂O₄的晶格应力；本发明主要采用电化学方法调控过渡金属氧化物的晶格应力，简单，易操作。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，特别涉及一种调控氧化物型电催化剂晶格应力的方法。

背景技术

燃料电池是一种绿色能源技术，可不经过燃烧直接将燃料的化学能转换为电能，具有无污染、能量转化效率高等优点，对解决当前世界面临的能源危机和环境污染具有重要意义。氧还原反应(ORR)是燃料电池的阴极反应，目前ORR电催化剂仍大量依赖Pt或Pt基催化剂，价格昂贵，而且燃料易于使阴极Pt或Pt基催化剂出现活性组分聚集、溶解、中毒、脱落等情况，导致催化性能降低，影响电池使用寿命。因此，开发低成本、高活性和高稳定性的非贵金属ORR电催化剂，直接决定燃料电池技术的商用化进程。

氧化物作为一种典型的非贵金属ORR电催化剂，兼具低成本、高活性的优点。目前主要通过结构优化和导电基体杂化的手段对氧化物型催化剂进行改性，提高ORR电催化活性。然而要进一步提高其ORR电催化活性的有效途径是对催化剂的表面化学结构和电子结构进行优化，特别是对催化剂的晶格应力进行调控是提高催化活性的有效手段，目前对金属氧化物晶格应力的研究主要集中在光学和磁学方面，且都是通过间接手段，无法实现对晶格应力的单独控制。所以，需要开发一种灵活有效、单独控制过渡金属氧化物晶格应力的方法。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种调控氧化物型电催化剂晶格应力的方法，以过渡金属氧化物作为锂离子电池的电极材料，通过对电池进行放电，借助锂离子电池首次放电来调控过渡金属氧化物的晶格应力。通过该方法对晶格应力进行调控，从而建立晶格应力与其ORR电催化活性和稳定性之间的关系模型。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

一种调控氧化物型电催化剂晶格应力的方法，包括以下步骤：

步骤一：将MnFe₂O₄作为锂离子电池活性电极材料，锂金属作为对电极，Cellgard膜作为隔膜，1M的LiPF₆溶液作为电解液，在充满氩气的手套箱中组装CR2025半电池；

步骤二：首先分别对锂离子电池进行CV曲线的表征分析，确定MnFe₂O₄在锂离子电池中的起始还原电位，放电截止电压设在起始还原电位之前，保证Li⁺嵌入MnFe₂O₄的晶格，而不发生氧化还原反应，实现对MnFe₂O₄晶格应力的单独控制；然后通过控制放电截止电压，放电截止电压设在0.7-2V，调整Li⁺的嵌入量，从而调控MnFe₂O₄的晶格应力。