[发明专利]一种非贵金属双功能氧电极催化剂及制备方法以及一种锌空气电池正极和锌空气电池

说明书

本发明提供了一种非贵金属双功能氧电极催化剂，其特征在于，为纳米FeCo₈S₈与还原氧化石墨烯的复合物。本发明所述的FeCo₈S₈@rGO催化剂具有多元金属间的协同效应，可以通过调控金属的电子结构提升其催化本征活性，同时FeCo₈S₈与还原氧化石墨烯形成的原位复合结构，可以提升催化剂整体的导电性和稳定性，在碱性溶液中电催化氧气还原和水氧化均能表现出优异的性能。基于该催化剂组装的锌空电池，表现出与商业贵金属(铂碳+二氧化钌)组合催化剂相媲美的充放电势差和稳定性。因此本发明提供的FeCo₈S₈@rGO催化剂具有成本低、性能好的优势，可以作为高效氧电极材料应用于锌空电池。

技术领域

本发明属于电催化剂合成技术和能源转化器件技术领域，具体涉及一种非贵金属双功能氧电极催化剂及制备方法。

背景技术

清洁能源的高效转化和利用已成为全球关注的热点，近年来，新型可充电金属空气电池，尤其是锌空气电池，因其具有较高的理论容量(1084Wh/kg)、高性价比、安全无毒和环境友好等优点，被认为是具有很大发展前景的新型能源转化装置。(Wang,Zhong-Li,etal.Oxygen electrocatalysts in metal-air batteries:from aqueous to nonaqueouselectrolytes.Chemical Society Reviews.43.22(2014):7746-7786.)但是其空气电极上氧气还原(ORR)和水氧化(OER)两个反应的能垒很高，需要借助高效率的催化剂来降低反应能垒，促进这些反应的进行，从催化性能角度考虑，目前最具优势的催化剂为贵金属催化剂(铂碳+二氧化钌)，但是贵金属的高价格和低储量严重限制了其大规模商业化应用。因此如果能够开发一种高效的非贵金属双功能催化剂，作为贵金属催化剂的替代物，可以大大降低锌空电池的生产和运行成本。

Co₉S₈化合物因其独特的电子结构，表现出优异的ORR催化活性，但其OER催化性能不理想(Sidik R A,Anderson A B.Co9S8 as a catalyst for electroreduction of O2:quantum chemistry predictions[J].The journal of physical chemistry b,2006,110(2):936-941.)。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种非贵金属双功能氧电极催化剂，本发明提供的非贵金属双功能氧电极催化剂在具有良好的ORR催化活性的同时还具有良好的OER催化性能。

本发明提供了一种非贵金属双功能氧电极催化剂，为纳米FeCo₈S₈与还原氧化石墨烯的复合物。

优选的，为以还原氧化石墨烯为基底以及在所述基底表面复合的由FeCo₈S₈纳米片组成的纳米花球。

优选的，所述纳米花球的直径为50～300nm；

所述还原氧化石墨烯占所述非贵金属双功能氧电极催化剂的质量百分含量为20％～60％。

本发明还提供了一种上述非贵金属双功能氧电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A)以乙酰丙酮铁和乙酰丙酮钴为金属前驱体，将所述金属前驱体、氧化石墨烯、硫醇类化合物、表面活性剂和高沸点有机溶剂混合，在保护气氛条件下，升温至220～260℃，反应15～60min，得到反应产物；

B)在含有NH₃的Ar气混合气体中，将所述反应产物进行退火后冷却，得到非贵金属双功能氧电极催化剂FeCo₈S₈@rGO。