纳米AuCu-Cu2O复合催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米AuCu

【技术实现步骤摘要】
纳米AuCu
‑
Cu2O复合催化剂、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及纳米AuCu
‑
Cu2O复合催化剂、制备方法及应用，属于锂空气电池电极催化材料制备


技术介绍

[0002]锂
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空气电池是一种以金属锂作为负极，空气(或氧气)作为正极的二次电池,其理论能量密度高达11680Wh/kg(不包括氧气)或5200Wh/kg(包括氧气)，约为目前商用锂离子电池的10倍，与汽油相当。这一点与传统的一次锌锰电池及二次的镍氢、锂离子电池相比具有极大的优势。另外，锂
‑
空气电池还具有环境友好和价格低廉等优点。但是在没有催化剂的情况下，其充放电反应动力学过程比较缓慢，充电电压与放电电压的差值约为1.5V，这样大的过电位会严重影响电池反应的正常进行。同时大的过电位还容易导致电解液分解，存在安全隐患。研究表明正极上负载催化剂能够明显降低充放电之间的电压差，提高电池库伦效率与循环性能。目前常见的催化剂有碳系材料与贵金属催化剂，其中碳材料上存在的一些官能团，在充放电循环过程中容易发生分解，因此不是锂
‑
空气电池正极催化剂的优选；贵金属催化剂的电导率较高，电催化性能高，稳定性好，能够有效地降低极化，是锂
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空气电池正极理想的催化剂。但是贵金属催化剂成本高，限制了其商业化应用，减少贵金属的使用量是今后催化剂发展的趋势。合金化或者贵金属与氧化物复合是降低贵金属载量的有效方法，但是目前贵金属与氧化物复合的锂
‑/>空气电池正极催化剂中的氧化物多为Co、Ni、Mn类过渡金属氧化物，仍然存在战略资源成本较高的问题。
[0003]因此提供一种成本低、电催化性能高、稳定性好的新型锂空气电池正极用材料具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂、制备方法及应用，先在强碱性溶液中腐蚀，然后在空气中进一步氧化，最终实现高活性的合金与氧化物纳米复合材料的可控制备。用该方法制备的材料，成分与结构可控，目标材料零损耗，适于大规模生产。合金与氧化物的复合能综合两者的优点，降低贵金属用量，改善单一材料的电化学性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供了一种纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]将Al、Au和Cu混合，在氩气气氛下熔炼得到AlAuCu合金前驱体，将AlAuCu合金前驱体加热到熔融状态，用氩气吹出合金条带，研磨得到合金粉末，将合金粉末超声清洗，之后至于强碱溶液中搅拌，取沉淀洗涤，在空气中氧化即得纳米AuCu
‑
Cu2O复合催化剂。
[0008]进一步地，所述AlAuCu合金中Al的原子比例为70
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90％，AuCu总原子比例为10
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30％，AuCu总原子中Au的原子比例为20
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80％。
[0009]进一步地，所述AlAuCu合金中Al的原子比例为80％，AuCu总原子比例为20％，AuCu总原子中Au的原子比例为25％。
[0010]进一步地，所述合金条带厚度为20
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60μm，宽度为2
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4mm。
[0011]进一步地，所述超声清洗为用醇溶液和水溶液各清洗两次。
[0012]进一步地，所述强碱溶液浓度为0.1
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4mol/L，将超声清洗后的合金粉末置于强碱溶液中，在转速为1000
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2000r/min条件下磁力搅拌10
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24h，温度为25
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60℃。
[0013]进一步地，所述沉淀用水洗涤至上清液pH为7。
[0014]进一步地，所述氧化时间为24
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48h，氧化温度为25
‑
60℃。
[0015]本专利技术还提供了一种根据上述制备方法制备得到的纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂，所述纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂为纳米多孔结构，表面颗粒呈现为三维双连续交互的韧带/孔洞结构或呈现颗粒堆积结构或每个小块区域呈现为双连续交互的韧带/孔洞结构，粒径为20
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700nm，孔道尺寸为20
‑
30nm。
[0016]贵金属与金属或其氧化物进行复合，能综合各种成分的优点，改善材料电化学性能。本专利技术AuCu
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Cu2O复合材料可应用于锂
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空气电池中。理想的空气电极应该具有双功能的设计，放电过程中，大的通道可以供氧气很好的传输到空气电极内部，而通道的壁上应具有能进行气、固、液三相氧还原反应等纳米多孔结构。本专利技术双孔道结构的纳米AuCu
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Cu2O材料作为锂
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空气电池正极材料，以纳米颗粒为基本单元，颗粒之间的空隙为电池的反应提供了充足的反应空间，在电池充放电过程中很好的缓解了电极的体积效应，有助于倍率和循环性能的提升；每个结构单元是由三维双连续的纳米孔道组成，具有高比表面积，提供丰富的三相反应界面进行氧还原反应。
[0017]本专利技术的另一目的是提供一种上述纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂在制备锂空气电池正极材料中的应用。
[0018]本专利技术公开了以下技术效果：
[0019](1)本专利技术首次提出将双金属合金与过渡金属氧化物Cu2O的复合材料应用于锂
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空气电池正极催化剂，并通过控制原料合金片中各种组分的比例可以连续调整复合材料中AuCu与Cu2O组分的比例，从而对产物的成份调整达到连续调节的程度，继而对材料的性能进行微观调控。
[0020](2)本专利技术制备出的具有双通道结构的纳米AuCu
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Cu2O复合材料，其结构单元纳米颗粒之间的空隙为电池的反应提供了充足的反应空间，有助于倍率和循环性能的提升；三维双连续的纳米孔道结构具有高比表面积丰富的活性位点。
[0021](3)本专利技术制备方法简单易行，重复性好，制备过程中目标材料零损耗，不需要添加表面活性剂，样品纯度高，适于大规模生产。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为实施例1制备得到的纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂材料(实线)和AuCuAl合金前
驱体(虚线)的XRD图；
[0024]图2为实施例1制备得到的纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Al、Au和Cu混合，在氩气气氛下熔炼得到AlAuCu合金前驱体，将AlAuCu合金前驱体加热到熔融状态，用氩气吹出合金条带，研磨得到合金粉末，将合金粉末超声清洗，之后至于强碱溶液中搅拌，取沉淀洗涤，在空气中氧化即得纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂。2.根据权利要求1所述的一种纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述AlAuCu合金中Al的原子比例为70
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90％。3.根据权利要求1所述的一种纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述AlAuCu合金中Al的原子比例为80％。4.根据权利要求1所述的一种纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述合金条带厚度为20
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60μm，宽度为2
‑
4mm。5.根据权利要求1所述的一种纳米AuCu
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Cu2O复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述超声清洗为用醇溶液和水溶液各清洗两次。6.根据权利要求1所述的一种纳米AuCu
‑
Cu2O复合催化剂的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东玮，王玮杰，王康，许冠辰，梁秀，陶圆圆，谷倩倩，刘玉华，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：