[发明专利]一种CeOx

说明书

本发明公开了一种CeO_x/MC纳米片材料的制备方法和应用，所述制备方法按照如下步骤进行：(1)将干玉米秸秆去除外壳后破碎成小颗粒，置于酸溶液中搅拌，用去离子水洗至中性，过滤，烘干得到生物质碳原材料；(2)称取铈盐溶于去离子水中，搅拌使其完全溶解，得到10‑100mM的铈盐溶液；(3)将生物质碳原材料置于铈溶液中经超声处理、真空处理、二次超声处理后，过滤，干燥；(4)将步骤(3)干燥后的产物在氩气气氛中于600‑900℃焙烧，得到CeO_x/MC纳米片材料。本发明提供了制备的CeO_x/MC纳米片材料作为锂氧电池正极催化剂材料的应用。本发明实现了CeO_x/MC纳米片的规模化可控制备，其中CeO_x具有丰富氧空位、超小晶粒尺寸和高负载量，因此表现出优异的锂空电池催化性能。

技术领域

本发明涉及一种CeO_x纳米晶/生物质碳基正极材料的制备方法和作为理氧电池正极催化剂材料的应用。

背景技术

可充电锂氧电池拥有超高的能量密度(11.4kWh kg^-1和6.1kWh L^-1)，受到国内外学术界和工业界的广泛关注，其中一些关键性技术例如高过电位、低寿命、低首效和倍率性能不理想等亟待解决。催化剂材料的化学成分和结构严重影响到氧、电子和锂离子的传输和电池的最终性能，因此对其进行台理设计和精确控制非常必要。CeO₂对氧还原反应(ORR)和氧析出反应 (OER)均具有良好的催化性能，且能可逆地吸收和释放氧气，被认为是可行的正极催化剂材料之一。CeO₂中的晶格氧具有高活性和流动性，容易导致氧空位的生成，通常以CeO_x (1.5＜x＜2)的形式存在。但CeO_x的低电导率严重制约了其应用，需要与碳基底进行复合；同时，CeO_x的晶体尺寸和在碳基体上的负载量也会影响其催化性能。超小粒径和高负载可以提供更大的比表面积和更多的边界缺陷，从而实现更好的催化性能。而传统方法中高负载通常会导致纳米晶的团聚，因此同时获得超小粒径和高负载具有很大挑战性。本发明结台CeO_x和生物质介孔碳(MC)的特点，实现了CeO_x/MC纳米片的规模化可控制备，其中CeO_x具有丰富氧空位、超小品粒尺寸和高负载量。与此前报道的CeO_x/MC材料相比，本发明报道的尺寸更小、负载量更高，因此表现出优异的电催化性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易可行、成本低、绿色环保且可规模化生产的CeO_x/MC纳米片的制备方法，实现了CeO_x的超小粒径和在碳基底上的高负载。

本发明的第二个目的是提供所述CeO_x/MC纳米片作为锂氧电池正极催化剂材料的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。

一种CeO_x/MC纳米片材料的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)将干玉米秸秆去除外壳后破碎成小颗粒，置于酸溶液中搅拌，用去离子水洗至中性，过滤，烘干得到生物质碳原材料；

(2)称取铈盐溶于去离子水中，搅拌使其完全溶解，得到10-100mM的铈盐溶液；

(3)将生物质碳原材料置于铈溶液中经超声处理、真空处理、二次超声处理后，过滤，干燥；

(4)将步骤(3)干燥后的产物在氩气气氛中于600-900℃焙烧，得到CeO_x/MC纳米片材料。