[发明专利]一种MnO2

说明书

本发明涉及一种MnO₂/再生脱色粉炭复合电催化剂及其制备方法，属于新能源材料技术以及电化学催化领域。此催化剂具有优异的氧还原反应（ORR）催化活性，不仅能够有效解决ORR反应中动力学缓慢的问题，还可以实现对再生脱色粉炭的资源化利用。此材料的制备方法为：以高锰酸钾和再生脱色粉炭为原料，通过简单的氧化还原法，成功制备出MnO₂/再生脱色粉炭复合电催化剂。本发明提供的制备方法安全易控、合成条件温和，避免了高压、高温等苛刻条件的使用，具有工艺便捷、利于规模化生产等特点。

技术领域

本发明属于新能源材料技术以及电化学催化领域，具体涉及到一种MnO₂/再生脱色粉炭复合电催化剂及其制备方法。

背景技术

随着世界各国现代工业的迅猛发展，人们对能源的需求也急剧增加，这些能源主要以石油、煤炭、天然气等非可再生能源为主。这些非可再生能源的大量使用，使我们面临着巨大的能源危机和日益严重的环境污染。因此，开发出一种环保、安全、可持续发展的新能源是至关重要的。燃料电池和金属-空气电池是一种新型的电池装置，具有能量密度高、几乎无污染等优点，目前已成为各国的研究重点，但其中的氧还原反应（ORR）因其较缓的动力学过程限制其商业化发展。针对于此，人们发现铂基贵金属材料是促进ORR反应的有效电催化剂，但Pt基催化剂因其成本高等因素无法满足大规模应用。因此，开发一种具有价格低廉、合成简单、性能稳定的催化剂对于金属-空气电池、燃料电池的发展有着十分重大的意义。

锰基化合物中的二氧化锰（MnO₂）由于晶体结构(α-、β-、γ-、δ-和λ-MnO₂)和纳米结构（纳米棒、纳米线、纳米片、纳米管等）不同，表现出多种不同的电化学性质，具有储氧能力高、氧化还原化学性质丰富、可自修复、表面积利用率高等优点。此外，MnO₂可以在低pH、中性、高pH等多种环境下保持稳定，成为了全pH范围内电催化剂的候选对象。但是MnO₂的导电性较差，限制了其进一步的使用。针对于此，人们提出将MnO₂同炭材料复合的方式来提高其导电性，扩展其应用范围。

众所周知，炭材料因其高比表面积以及高导电性，被公认为是最具有潜力的电催化剂载体材料。而再生脱色粉炭因其前体也是炭材料，具有一定的比表面积和良好的导电性，可作为电催化剂中的载体来使用，但目前关于这方面的研究还是比较少的。

因此，开发一种具有优异电催化活性的MnO₂/再生脱色粉炭的复合电催化剂不仅可以解决MnO₂导电性差的问题，还可提高对再生脱色粉炭的资源化利用，具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于克服MnO₂导电性差的问题以及提高再生脱色粉炭的资源化利用，提供了一种MnO₂/再生脱色粉炭复合电催化剂的制备方法。按此方法制得的电催化剂具有优异的ORR催化活性，可用于燃料电池、金属-空气电池等领域；同时本发明提供的制备方法具有工艺便捷、利于规模化生产等优点。

本发明的另一目的在于提供上述高性能MnO₂/再生脱色粉炭复合电催化剂的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种MnO₂/再生脱色粉炭复合电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将再生脱色粉炭研磨至其破碎，得到破碎均匀的粉末材料A；

第二步，将高锰酸钾与去离子水按一定比例混合，搅拌至充分溶解，得到均匀溶液B；

第三步，将溶液B加热至适当温度并维持适当的搅拌时间后，将粉末材料A按一定比例加入到溶液B中，并将溶液继续搅拌，直至紫色消失，得到沉淀物C；

第四步，将所得的沉淀物C用去离子水洗涤数次，将其干燥、研磨后得到MnO2/再生脱色粉炭复合电催化剂。