[发明专利]一种镁空气电池催化层材料、制备工艺及应用

说明书

本发明属于电化学技术领域，提供了一种镁空气电池催化层材料、制备工艺及应用。镁空气电池催化层材料包括石墨烯、四氧化三锰和金属纳米银粒子，其中石墨烯作为载体使四氧化三锰与金属纳米银粒子均匀的附着在其表面，所述金属纳米银粒子占复合材料的质量分数为22％～66％。本发明通过一步水热法和化学还原法得到还原氧化石墨烯负载四氧化三锰与技术纳米银粒子复合材料，获得的复合材料化学性能稳定，催化性能良好，复合材料的导电率高，所制备的镁空气电池电学性能稳定。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种Mn₃O₄-Ag/rGO催化层材料、制备工艺及应用。

背景技术

近年来，能源消耗逐渐增加，能源需求与供给的矛盾日益矛盾，能源短缺问题引得人们广泛的关注，另外化石能源带来的环境污染问题也开始影响人们的正常生活，因此人们对于清洁能源的关注也逐渐提高。金属空气电池是一种利用空气中的氧气作为活性物质，在催化剂的作用下发生氧还原反应，在电解液中发生电子转移，将化学能转化为电能的一种装置。其正极主要利用空气中的氧气作为主要反应物，负极利用常见金属作为反应物并且其产物无污染，符合人们对于现代清洁能源的要求。

对于金属空气电池关键技术在于制备出一种性能优异，稳定性好的催化层材料，目前性能最优异的催化层材料依旧是Pt/C或Pt合金贵金属催化剂材料，但由于贵金属的储存量稀少，价格昂贵，很大程度的限制了燃料电池的大规模产业化生产，因此，寻找一种高效的氧还原电催化剂对于燃料电池的发展具有重要意义。

良好的催化剂应具备以下特点：比表面积大，催化性能优异，导电性好，稳定性好。石墨烯作为一种二维碳材料，具有比表面积大，柔韧性好，导电率高等特点，可以使催化剂材料均匀的附着在其表面，另外由于碳材料本身可以和催化剂产生协同作用而提高催化效果，因此石墨烯是作为催化剂载体的理想材料。锰基催化剂是目前使用最广泛的催化剂，其催化性能良好，来源广泛，环境友好；研究发现，纳米银粒子也是一种催化性能优异的催化材料，并且相比较于其他贵金属粒子，其来源广泛，价格低廉，并且在石墨烯/锰基催化剂的基础上引入金属银纳米粒子可以明显提高其催化性能。

因此制备一种工艺步骤简单，成本低廉，催化性能良好的Mn₃O₄-Ag/rGO复合材料成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种石墨烯共同负载四氧化三锰和金属纳米银粒子的复合材料，本发明的复合材料催化性能良好，稳定性高。同时本发明通过一步水热法制备氧化石墨烯负载Mn₃O₄-Ag，通过化学法对复合材料进一步还原，其制备工艺简单成本低，获得的复合材料催化性能优异，稳定性好。

本发明的技术方案：

一种镁空气电池催化层材料，包括石墨烯、四氧化三锰和金属钠米银离子，四氧化三锰和金属钠米银粒子均匀的附着在石墨烯表面，其中，石墨烯占镁空气电池催化层材料的质量分数为10％-15％，金属钠米银粒子占镁空气电池催化层材料的质量分数为22％～66％，其余部分是四氧化三锰。

一种镁空气电池催化层材料的制备工艺，步骤如下：

步骤一，配制0.04mol/L-0.1mol/L的氧化石墨烯的无水乙醇溶液；

步骤二，制备氧化石墨烯负载四氧化三锰和金属纳米银粒子复合材料：将乙酸锰加入到步骤一得到的氧化石墨烯的无水乙醇溶液中，常温下超声及搅拌至得到混合均匀的溶液a；再向溶液a中加入乙酸银，常温超声及50℃-70℃搅拌至得到混合均匀的溶液b，将得到的溶液b转移到反应釜中进行140℃-160℃水热处理7-9小时；