[发明专利]一种应用于锂硫电池正极的MXene基负载铂催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种应用于锂硫电池正极的MXene基负载铂催化剂制备方法，涉及能源催化领域。该方法分为两个部分，首先制备所需的MXene纳米片和铂纳米粒子；然后通过浸渍法将铂纳米粒子均匀负载到MXene纳米片上，以获得最终的催化剂材料。通过本发明制得的MXene基负载铂催化剂应用于锂硫电池正极材料中，可以有效加快锂硫电池在电池循环过程中多硫化物的转化速率以抑制穿梭效应，从而对降低锂硫电池电阻，提升倍率性能和循环稳定性起到有益的作用。

技术领域

本发明涉及能源催化技术领域，具体涉及一种应用于锂硫电池正极的MXene基负载铂催化剂的制备方法。

背景技术

锂硫电池由于理论能量密度高、安全性好、成本低和环保等优势，被认为是最有潜力的下一代储能系统。但仍存在很多困难亟待解决：一是在锂硫电池充放电过程中，反应中间产物多硫化锂(LiPS)在电场和浓度差作用下在正负极之间穿梭，部分LiPS溶解在有机电解质中，并与锂负极发生不可逆的反应；二是活性物质硫和放电终产物硫化锂的高电子电阻率导致反应动力学迟缓，不利于电子和离子的传输；三是锂硫电池充放电过程是复杂的16电子转化过程，使目前对锂硫电池中的硫还原过程研究不足。

为了解决上述问题，最近的大部分研究工作都集中在设计多孔碳基材料作为阻挡层和基质以抑制多硫化物的穿梭效应。由于比表面积大和电导率高，碳材料可以用作锂硫电池的阴极捕获LiPS，但碳材料的非极性特点导致其在锂硫电池中不能有效吸附多硫化物。

MXene是一种新兴的二维层状材料，具有较高的电导率。与此同时，在MXene表面上具有丰富的官能团(例如OH，F，O)，可以极大地促进多硫化锂的化学吸附，而铂纳米粒子的引入能够加快锂硫电池的反应动力学过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于锂硫电池正极的MXene基负载铂催化剂的制备方法。通过该方法制备得到的催化剂可有效地解决现有锂硫电池严重的穿梭效应和反应动力学缓慢的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种应用于锂硫电池正极的MXene基负载铂催化剂的制备方法，该方法首先制备MXene纳米片以及铂纳米粒子，然后通过浸渍法将铂纳米粒子均匀负载到MXene纳米片上，从而获得所述MXene基负载铂催化剂。

所述MXene纳米片是通过氟化锂和盐酸的腐蚀液刻蚀MAX相陶瓷粉体获得；所述MAX相陶瓷粉体为Ti₃AlC₂、Mo₂AlC、Ti₂AlC、Mo₂AlN和V₂AlC中的一种或几种。

所述MXene纳米片的制备过程为：首先将LiF加入到6mol/L的盐酸溶液中，搅拌至澄清制得腐蚀液，再向腐蚀液中加入MAX相陶瓷粉体；接着升温至40℃并恒温磁力搅拌48小时；反应后所得混合物料用去离子水和无水乙醇交替洗涤至上层清液pH值大于6；离心分离，将离心得到的沉淀物分散到一定体积的去离子水中，在冰浴和氮气气氛保护条件下，超声处理1-3小时，所得上层悬浊液即为含有MXene纳米片的分散液，其浓度为1.5-2.5mg/mL。

所述铂纳米粒子是以铂盐为前驱体，通过乙二醇还原后制得；所述铂盐为氯铂酸、乙酰丙酮铂、醋酸铂、硝酸铂和氯化铂中的一种或几种。

所述铂纳米粒子的制备过程具体为：

首先将铂盐作为前驱体分散在适量乙二醇溶剂中；再加入NaOH的乙二醇溶液以得到1-8mol/L的铂盐乙二醇溶液，并持续搅拌3-5小时；最后在160℃氮气气氛保护下持续搅拌回流4小时，待反应冷却至室温，即可得到05-2mg/mL含有铂纳米粒子的乙二醇溶液。