[发明专利]一种空气电池用电催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种空气电池用电催化剂，其特征在于，包括二氧化钛纳米孔阵列和设置在所述纳米孔阵列上的硫化钴层，对所述硫化钴层进行氮和/或磷掺杂处理。

2.根据权利要求1所述的空气电池用电催化剂，其特征在于，所述催化剂中，所述硫化钴层的负载量为36-73μg/cm²。

3.根据权利要求1所述的空气电池用电催化剂，其特征在于，所述催化剂中，氮和/或磷的掺杂量为5-10％。

4.根据权利要求1所述的空气电池用电催化剂，其特征在于，所述二氧化钛纳米孔阵列的厚度40-70nm，孔径的大小为40-60nm。

5.一种空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在二氧化钛纳米孔阵列中原位生长硫化钴层，并对所述硫化钴层进行氮和/或磷掺杂处理，得到所述电催化剂。

6.根据权利要求5所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述原位生长的方法包括：在所述二氧化钛纳米孔阵列上沉积金属钴层，于惰性气体保护下进行硫化反应处理。

7.根据权利要求6所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属钴层的厚度为40-60nm。

8.根据权利要求5所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述氮和/或磷掺杂处理的方法包括：将形成有硫化钴层的二氧化钛纳米孔阵列于450-550℃条件下，置于含氮和/或磷的气氛下进行掺杂。

9.根据权利要求8所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，含氮的气氛是将三聚氰胺粉末加热至100-150℃得到的。

10.根据权利要求8所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，含磷的气氛是将磷酸二氢钠粉末加热至500-700℃得到的。

11.根据权利要求5所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述氮和/或磷掺杂的方法包括：形成有硫化钴层的二氧化钛纳米孔阵列置于管式炉的下游温区，将氮源和/或磷源置于上游温区；其中，下游温区以4-6℃/min的速率升温至450-550℃。

12.根据权利要求11所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，上游温区加热至100-150℃保温10-30min，升温至500-700℃，保温40-60min。

13.根据权利要求6所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫化反应的方法包括：将沉积有金属钴层的二氧化钛纳米孔阵列于加热条件下置于含硫气氛中，进行硫化反应。

14.根据权利要求13所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为300-400℃。

15.根据权利要求13所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述含硫气氛是以溶解有硫粉的硫化钠溶液在加热条件下得到的。

16.根据权利要求13所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫化反应的方法包括：将沉积有金属钴层的二氧化钛纳米孔阵列置于管式炉的下游温区，将溶解有硫粉的硫化钠溶液置于管式炉的上游温区；其中，下游温区以4-6℃/min的速率升温至300-400℃，上游温区以1-3℃/min的速率升温至110-130℃。

17.根据权利要求13所述的空气电池用电催化剂的制备方法，其特征在于，所述硫化反应保温反应5-20min。