一种新型氧还原电催化剂的制备方法与流程

本发明涉及材料合成领域，特别涉及一种新型氧还原电催化剂的制备方法。

背景技术：

清洁的可再生能源是应对能源和环境危机的有效途径之一，在诸多的可再生能源中，化学能源能量转化率高，便于携带，一直是研究的热点。其中，金属空气电池由于具有极高的理论能量密度，因此作为新一代动力电池系统备受关注。

传统的阴极氧还原催化剂如贵金属pt/c由于价格高昂、资源稀缺，因此不适合在工业上的应用。目前，开发新型非贵金属催化剂成为当前的一大研究热点。mno2由于具有资源丰富、价格低廉和环境友好等优点，作为阴极氧还原催化剂引起了研究学者广泛的注意。不同晶型结构的mno2的氧还原催化活性顺序为：α-mno2>γ-mno2>β-mno2。目前，有许多研究采用不同的方法合成了α-mno2，并将其应用于氧还原催化反应。例如，cheng等(chem.mater.,2010,22,898-905)通过水热法，以高锰酸钾为氧化剂，硫酸锰作为还原剂合成了α-mno2的氧还原催化剂；xiao等(j.phys.chem.c,2010,114,1694-1700)利用高锰酸钾与盐酸反应合成了α-mno2纳米管的氧还原催化剂；cheng等(j.mater.chem.a,2016,4,16462-16468)以氯酸钾为氧化剂，醋酸锰作为还原剂合成了α-mno2的氧还原催化剂。目前，采用层状二氧化锰(δ-mno2)作为反应物合成α-mno2氧还原催化剂的研究鲜见报道。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型氧还原电催化剂的制备方法。

一种新型氧还原电催化剂的制备方法，含有如下步骤：将层状氧化锰固体粉分散至酸性溶液当中，搅拌均匀后转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在100℃温度下静置反应24h，所得产物经过滤、洗涤、干燥，即得到所述的电极催化剂。

进一步的，所述的酸为硫酸。

进一步的，所述酸的摩尔浓度为0.3～0.4mol./l。

进一步的，所述层状氧化锰由如下含骤合成：将葡萄糖与高锰酸钾加入至蒸馏水溶液当中，剧烈搅拌后得到凝胶，然后将剩余的水倒去后将该凝胶放置于110℃下干燥12h得到干凝胶；最后将干凝胶煅烧2h后，并将所得产物经过滤、洗涤、干燥，即得到所述的层状氧化锰。

更进一步的，所述葡萄糖与高锰酸钾的摩尔比为3:2。

更进一步的，所述煅烧温度为450℃。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种2步法制备氧还原电催化剂，该制备方法具有流程简单、控制方便、产量大、易于工业化等优点。制备的氧还原电催化剂作为电极活性材料，在氧还原性能测试中表现出良好的催化性能。

附图说明

图1为本发明的实施例1制备的催化剂x射线衍射图。

图2为本发明的实施例1制备的催化剂扫描电镜图。

图3为本发明的实施例1所制备催化剂的电催化氧还原的性能图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

如无特别说明，本发明的层状氧化锰均按如下步骤合成：将0.03mol葡萄糖与0.02mol高锰酸钾加入至100ml蒸馏水溶液当中，剧烈搅拌后得到凝胶，然后将剩余的水倒去后，将该凝胶放置于110℃下干燥12h得到干凝胶；最后将干凝胶在450℃下煅烧2h后，并将所得产物经过滤、洗涤、干燥，即得到所述的层状氧化锰。

实施例1

将0.4g上述方法所得的层状氧化锰固体粉分散至30ml硫酸溶液当中，其中，硫酸的浓度为0.3mol/l，搅拌均匀后转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在100℃温度下静置反应24h，所得产物经过滤、洗涤而后干燥即得到所述的电极催化剂。

然后将上述电极催化剂进行表征，其x射线衍射图如图1，从图1可以看出，其与jcpdf标准卡pdf#44-0141型号的α-mno2对应；图2为本实施例制备催化剂的扫描电镜图，从图中可以看出其为一种一维纳米棒结构。本制备方法所选用的原料中，阴离子只含有硫酸根，有利于诱导生成α-mno2。

实施例2

将实施例1所制备的电极催化剂做成电极，在碱性溶液、1600转/分钟的转速中测试电催化的氧还原性能(其电极制备和实验过程为现有技术，在此不再详细描述)。其电催化氧还原的性能图如图3所示，其起始还原电位为0.87v，极限电流密度为5.56macm^-2，3macm^-2的电位位于0.75v，显示出优异的氧还原性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及材料合成领域，特别涉及一种新型氧还原电催化剂的制备方法。一种新型氧还原电催化剂的制备方法，含有如下步骤：将层状氧化锰固体粉分散至酸性溶液当中，搅拌均匀后转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在100℃温度下静置反应24h，所得产物经过滤、洗涤和干燥后，即得到所述的电极催化剂。本发明提供了一种两步法制备氧还原电催化剂的方法，该制备方法具有流程简单、控制方便、产量大、易于工业化等优点。制备的氧还原电催化剂作为电极活性材料，在氧还原性能测试中表现出良好的催化性能。

技术研发人员：杨泽超;王莹;南雅诗;曾科霖;程高;叶飞;孙明;余林
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2017.03.15
技术公布日：2017.07.11