一种复合催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种复合催化剂的制备方法，包括：将氧化石墨烯和锰盐混合，得到混合物；将所述混合物和镍盐进行反应，得到复合催化剂。本发明专利技术采用一步水热法制备出了Mn

【技术实现步骤摘要】
一种复合催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种复合催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]众多氧还原和氧析出催化剂类型中，过渡金属氧化物及其衍生物被认为是一类有前景的双功能催化剂，它具有储量丰富、低成本以及催化过程中优异的内在稳定性等优势。在各种金属氧化物中，锰氧化物具有较的催化高活性。富含多种锰价态的Mn3O4具有优异的氧还原催化性能，但是，它低的导电率以及低氧析出催化活性仍需进一步改善以满足实际应用的要求。在铝空气电池阴极催化材料的应用中，往往锰氧化物十分常见，但该催化材料导电性差，从而限制了它的本征电化学性能。
[0003]现有技术生产的氧化物复合催化剂一般采用多组分球磨或者研磨等方式进行简单物理混合，但这种方式只能简单的实现宏观上的多组分复合，不能使得他们之间形成较强的相互作用，大幅度的提升催化性能；部分现有技术也采用化学共沉淀法制备氧化物复合材料，但这种方式活性组分团聚严重，分散性差，晶体材料结晶度低，从而影响材料本征催化活性。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合催化剂的制备方法及其应用，本专利技术提供的方法制备的复合催化剂具有较好的催化性能。
[0005]本专利技术提供了一种复合催化剂的制备方法，包括：
[0006]将氧化石墨烯和锰盐混合，得到混合物；
[0007]将所述混合物和镍盐进行反应，得到复合催化剂。
[0008]优选的，所述复合催化剂中四氧化三锰的质量含量为75％～90％，还原氧化石墨烯的质量含量为3～10％，氢氧化镍的质量含量为6～20％。
[0009]优选的，所述混合后通过加入碱液调节PH值至10～14。
[0010]优选的，所述混合在搅拌的条件下进行；所述搅拌的时间为10～30分钟。
[0011]优选的，所述反应在水热反应釜中进行。
[0012]优选的，所述反应的温度为170～180℃。
[0013]优选的，所述锰盐为KMnO4、MnCl2、MnSO4和Mn(NO3)2中的一种或几种。
[0014]优选的，所述镍盐为Ni(NO3)2、NiSO4和NiCl2中的一种或几种。
[0015]优选的，所述碱液为氨水、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液和碳酸钠溶液中的一种或几种。
[0016]本专利技术提供了一种阴极，由包括上述技术方案所述的方法制备的复合催化剂制备得到。
[0017]石墨烯碳材料，具有良好的电导性以及高比表面积等优点，作为催化剂的载体，可以有效的提高过渡金属氧化物等低电导性催化材料的导电性，并将纳米材料均匀的负载在
石墨烯上，有效的抑制材料堆叠团聚，提升材料结构稳定性。为了有效提高锰氧化物氧析出催化活性以及优化氧还原催化活性，本专利技术通过一步水热法成功的制备出Ni(OH)2修饰的Mn3O4石墨烯基(Mn
‑
Ni/rGO)的复合双功能催化剂。本专利技术通过具备高活性氧析出的Ni(OH)2材料对Mn3O4进行修饰并与高导电性的rGO功能材料复合，以及通过水热条件的调控合成了Mn
4+
活性位点高度暴露的纳米棒状复合材料，实现了复合材料Mn
‑
Ni/rGO的本征电化学催化性能的大幅度提升，并将该复合材料作为阴极双功能催化剂应用于锌空气电池和铝空气电池中。本专利技术提供的方法制备的复合催化剂材料，制备工艺简单、易控制，有利于大规模批量生产。
[0018]本专利技术采用一步水热法制备出了Mn
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Ni/rGO纳米复合材料，通过化学键合的强相互作用提高材料的结构稳定性，形成稳定的三相状态，并使其多组分均匀的混合，颗粒团聚较轻，材料结晶度高，有效的提升了材料的氧析出催化活性以及优化了氧还原催化活性。
附图说明
[0019]图1为化学共沉淀法和本专利技术中的水热法合成制备Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料的工艺流程图；
[0020]图2为本专利技术实施例1和实施例4制备的Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料的XRD测试结果；
[0021]图3为实施例1～4制备的Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料的微观形貌SEM图；
[0022]图4为实施例1和实施例4制备的Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料的微观形貌TEM图；
[0023]图5为本专利技术实施例1～4制备的Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料的电化学极化曲线；
[0024]图6为实施例1和实施例4制备的Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料的锌空气电池充放电曲线；
[0025]图7为实施例1和实施例4制备的Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料的铝空气电池的放电曲线；
[0026]图8为实施例5～7制备的Mn
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Ni/石墨烯复合催化材料电化学极性曲线。
具体实施方式
[0027]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本专利技术保护的范围。应理解，本专利技术实施例仅用于说明本专利技术的技术效果，而非用于限制本专利技术的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
[0028]本专利技术提供了一种复合催化剂的制备方法，包括：
[0029]将氧化石墨烯和锰盐混合，得到混合物；
[0030]将所述混合物和镍盐进行反应，得到复合催化剂。
[0031]在本专利技术的实施例中，水热法合成制备Mn
‑
Ni/石墨烯复合催化材料的工艺流程图如图1所示。
[0032]在本专利技术中，所述锰盐优选为KMnO4、MnCl2、MnSO4和Mn(NO3)2中的一种或几种，更优选为KMnO4和MnCl2，KMnO4和MnSO4，或KMnO4和Mn(NO3)2。
[0033]在本专利技术中，所述镍盐优选为Ni(NO3)2、NiSO4和NiCl2中的一种或几种。
[0034]在本专利技术中，所述混合后优选还包括：
[0035]加入碱液调节PH值至10～14。
[0036]在本专利技术中，所述碱液优选为氨水、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液和碳酸钠溶液中的一种或几种，更优选为浓氨水；所述氨水的浓度优选为5～7mol/L，更优选为5.5～6.5mol/L，最优选为6mol/L。
[0037]在本专利技术中，优选通过氨水调节PH值，6mol/L的浓氨水相当于一种沉淀剂，此时反应所得为低结晶度的Mn3O4/GO复合物。
[0038]在本专利技术中，优选通过静电作用将参与反应的Mn
7+
(+)，Mn
2+
(+)锚定在GO(
‑
)，保证反应所得的锰氧化物与GO密切接触。
[0039]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合催化剂的制备方法，包括：将氧化石墨烯和锰盐混合，得到混合物；将所述混合物和镍盐进行反应，得到复合催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合催化剂中四氧化三锰的质量含量为75％～90％，还原氧化石墨烯的质量含量为3～10％，氢氧化镍的质量含量为6～20％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合后还包括：加入碱液调节PH值至10～14。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合在搅拌的条件下进行；所述搅拌的时间为10～30分钟。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，薛业建，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：