[发明专利]氧电极催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氧电极催化剂及其制备方法和应用，所述氧电极催化剂包括氮掺杂钴酸锂，所述氮掺杂钴酸锂化学式为LiCoO_xN_y，其中，x+y＝2，且y不为0。本发明还涉及一种氧电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：将锂盐、钴的氧化物分散在含氮的无机或有机溶液中，得到分散液；将所述分散液进行球磨，干燥后得到氧电极催化剂前驱体；将所述氧电极催化剂前驱体在保护气氛下热处理得到所述氧电极催化剂。本发明进一步涉及所述的氧电极催化剂及所述的氧电极催化剂的制备方法得到的氧电极催化剂在催化氧还原反应和催化氧氧化反应中的应用。

技术领域

本发明涉及氧电极催化剂技术领域，具体涉及一种氧电极催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氧的电化学过程是科研工作者的研究热点，这主要是因为氧的还原反应(ORR)和氧的氧化反应(OER)通常是水分解、质子交换膜燃料电池和金属空气电池等很多电化学技术能源效率的瓶颈。ORR和OER是动力学缓慢过程，这两种反应的进行需要较高的化学过电位。开发高活性电催化剂是实现氧的电化学反应动力学加速和最终获得高效电化学器件的关键。

目前，贵金属材料，如铂、IrO₂、RuO₂等，由于其优异的催化活性，在氧的电催化作用中占主导地位。然而，这些贵金属催化剂的大规模应用受到其高成本和资源稀缺性的严重限制。另外，由于不导电铂氧化物的形成，Pt表现出一般的OER催化活性。RuO₂在高电位下会形成高价钌氧化物而变得不稳定。同时，同一种材料很难同时具有较好的ORR和OER电催化活性。因此，需要设计开发资源丰富、稳定、兼具ORR和OER高催化活性的氧电极催化剂，用于实际的能量存储和转化器件。

近年来，各种资源丰富、价格低廉的3d过渡金属氧化物及其衍生物作为ORR和OER电催化剂具有巨大的应用前景。特别是，LiCoO₂作为一种极具发展前景的ORR和OER电催化剂得到了广泛的研究。由于催化剂的催化活性与其电子结构密切相关，因此化学或电化学去锂化以改变钴的电子结构，是有效提高LiCoO₂在碱性溶液中催化活性的方法。但是目前这些方法对LiCoO₂电催化性能的提升并不明显。而且，所采用的技术手段通常比较复杂。因此，如何提供一种简单有效的方法获得具有更高活性和稳定性的LiCoO₂基氧电极催化剂，以满足实际应用的需要，是亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有的LiCoO₂基催化剂活性不高，制备方法复杂的问题，提供一种氧电极催化剂及其制备方法和应用。

本发明提供一种氧电极催化剂，所述氧电极催化剂包括氮掺杂钴酸锂，所述氮掺杂钴酸锂化学式为LiCoO_xN_y，其中，x+y＝2，且y不为0。

在其中一个实施例中，1.5≤x＜2，0＜y≤0.5。

在其中一个实施例中，所述氧电极催化剂还包括氮掺杂石墨烯。

在其中一个实施例中，所述氮掺杂钴酸锂和所述氮掺杂石墨烯的质量比为1:(0.01～1)。

在其中一个实施例中，所述氮掺杂钴酸锂的粒径为10nm～3μm，所述氮掺杂石墨烯的粒径为10nm～10μm。

在其中一个实施例中，所述氮掺杂石墨烯中氮的掺杂量为0.1at％～20at％。

本发明进一步提供一种氧电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将锂盐、钴的氧化物分散在含氮的无机或有机溶液中，得到分散液；

将所述分散液进行球磨，干燥后得到氧电极催化剂前驱体；

将所述氧电极催化剂前驱体在保护气氛下热处理得到所述氧电极催化剂。