[发明专利]一种金属空气电池正极材料

权利要求书

1.一种金属空气电池正极材料，其特征在于，由包括以下步骤的方法制得：

(1)在氢氧化铜纳米线修饰的泡沫铜的氢氧化铜纳米线表面包覆树脂材料或非晶氧化钛，得到包覆材料；所述氢氧化铜纳米线修饰的泡沫铜是在泡沫铜上原位生成氢氧化铜纳米线得到的；

(2)当氢氧化铜纳米线表面包覆树脂材料时，将包覆材料在还原气氛中进行加热处理以将氢氧化铜还原为铜并将树脂材料碳化，得到复合气体扩散电极；当氢氧化铜纳米线表面包覆非晶氧化钛时，先将包覆材料在还原气氛中加热处理将氢氧化铜还原为铜，然后进行氮化处理将含钛化合物转化为氮化钛，得到复合气体扩散电极；

(3)采用化学气相沉积法在复合气体扩散电极的氮化钛层或碳层上沉积石墨烯，得到沉积材料，然后在沉积材料的石墨烯表面负载催化剂纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，在泡沫铜上原位生成氢氧化铜纳米线的方法，包括以下步骤：将泡沫铜浸入碱性溶液中，在室温下进行反应；所述反应的时间为10～60min；所述碱性溶液由(NH₄)₂S₂O₈、碱性化合物和水混合而成，所述(NH₄)₂S₂O₈和碱性化合物摩尔比为(0.075～0.2):(2.5～3.5)；所述碱性化合物为NaOH；所述碱性化合物和水的摩尔体积比以mol:L计为(0.625～3.5):1。

3.如权利要求1所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，在氢氧化铜纳米线表面包覆树脂材料的方法，包括以下步骤：将氢氧化铜纳米线修饰的泡沫铜浸入含有酚类化合物和甲醛的溶液中，在碱催化剂作用下进行反应以在氢氧化铜纳米线表面原位生成酚醛树脂。

4.如权利要求3所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，含有酚类化合物和甲醛的溶液中，所述酚类化合物的浓度为0.5～3mmol/L；含有酚类化合物和甲醛的溶液由乙醇、水、间苯二酚、氨水和甲醛溶液混合而成；所述乙醇、水、氨水和甲醛溶液的体积比为20:4:1:(0.1～0.3)；所述氨水的质量分数为25～28％，所述甲醛溶液的质量分数为30～37％；所述反应的温度为室温，反应的时间为20h。

5.如权利要求1所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，在氢氧化铜纳米线表面包覆非晶氧化钛的方法，包括以下步骤：将氢氧化铜纳米线修饰的泡沫铜浸入含有钛酸酯的溶液中，通过溶胶-凝胶法在氢氧化铜纳米线表面原位生成非晶氧化钛。

6.如权利要求5所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，含有钛酸酯的溶液中，钛酸酯的浓度为1.4～17.6mmol/L；含有钛酸酯的溶液由乙醇、钛酸酯和氨水混合而成；所述乙醇和氨水的体积比为100:(1～3)，所述氨水的质量分数为25～28％；所述溶胶-凝胶法为将浸没有氢氧化铜纳米线修饰的泡沫铜的含有钛酸酯的溶液在振荡条件下于40～80℃下保温反应6～18h。

7.如权利要求1所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，当氢氧化铜纳米线表面包覆树脂材料或当氢氧化铜纳米线表面包覆非晶氧化钛时，加热处理采用的温度为300～600℃，由室温升温至加热处理采用的温度的升温速率为1～10℃/min，加热处理的时间为10～60min。

8.如权利要求1所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，所述氮化处理是将在还原气氛中加热处理后的包覆材料在氨气气氛中进行保温，所述保温采用的温度为600～900℃，所述保温的时间为30～120min；氮化处理时，由加热处理采用的温度升温至保温采用的温度的升温速率为1～5℃/min。

9.如权利要求1所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，所述化学气相沉积为等离子体化学气相沉积；等离子体化学气相沉积时，碳源为甲烷，甲烷的流速为5～15sccm，等离子体化学气相沉积反应的时间为10～60min。

10.如权利要求1所述的金属空气电池正极材料，其特征在于，所述催化剂纳米颗粒为金纳米颗粒；在石墨烯表面负载催化剂纳米颗粒的方法，包括以下步骤：将沉积材料浸入含有氯金酸和柠檬酸钠的溶液中，在60～150℃下反应4～30min；含有氯金酸和柠檬酸钠的溶液由柠檬酸钠、氯金酸溶液和水混合而成；所述柠檬酸钠和水的摩尔体积比以mol:mL计为(0.1～0.6):100；所述氯金酸溶液和水的体积比为(0.05～0.45):100；所述氯金酸溶液的浓度为0.35～1.5mol/L。