一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于材料合成领域，公开了一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法及其应用。包括以下步骤：(1)将一定量的硫酸锰和高锰酸钠分别溶解，而后在室温下混合摇匀，反应若干小时，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后得到球状的无定型MnO2前驱体；(2)将一定量上述无定型MnO2前驱体经超声分散于去离子水中，加热条件下反应若干小时，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后即可得到缺角六角片状形貌的γ

【技术实现步骤摘要】
一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于无机材料制备
具体地涉及一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]在未来一段时间内，以锌
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空气电池为代表的金属
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空气电池具有极大的发展空间和广阔市场。一方面，与目前的锂离子电池相比，金属
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空气电池具有更优的安全性和理论能量密度，这为其广泛应用提供了光明的前景。相比于其他金属
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空气电池，锌
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空气电池具有较高的能量密度、更温和的放电电压范围、更高的安全性，因而具有更高的应用价值和研究价值。另一方面，可穿戴技术的快速发展需要安全、大容量的柔性能源器件。
[0003]迄今为止，锌
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空气电池已经在军工及其他领域中实现了小规模的商业化应用，但严重依赖Pt基传统贵金属催化剂，制造成本有待优化。当使用非贵金属催化剂替代Pt基贵金属催化剂时，发生在空气电极一侧的氧还原反应展现出非常高的过电位和缓慢的反应动力学过程，严重阻碍了非贵金属催化剂在锌
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空气电池领域的广泛应用。此外，在锌
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空气电池中，位于空气电极表面、电解液、空气交界处的三相界面的不稳定性和复杂性也限制了锌
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空气电池的推广。为此，提出一种适用于锌
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空气电池空气电极催化剂并具有高活性、高稳定性、廉价易制备的电催化剂具有深远的实际意义。
[0004]据报道，二氧化锰催化剂具有良好的氧还原催化性能，是传统贵金属催化剂的理想替代物之一。二氧化锰的表面能适中，有效地缓解了催化剂在锌
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空气电池充放电过程中的团聚和脱落问题，可大大延长锌
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空气电池的使用寿命。迄今为止，γ相二氧化锰在锂离子电池和锌锰电池领域中的研究为其在锌
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空气电池中的应用提供了大量的经验。然而，[MnO6]八面体单元的连接方式决定了γ相二氧化锰的晶体结构为隧道状结构，容易形成棒状和由棒状自组装而成的海胆状、树枝状形貌，不利于活性位点的暴露。基于此，需要对γ相二氧化锰的微观结构进行必要的调控，以提高其活性位点暴露率。此外，目前商用的二氧化锰催化剂与贵金属催化剂在氧还原活性上存在明显差距，为取代贵金属催化剂，迫切需要进一步优化二氧化锰催化剂的本征活性。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法；该方法是在温和条件下首先制备出平均粒径为200nm的无定型MnO2前驱体，而后将前驱体分散于分散剂中，在一定的条件下诱导转变得到六角片状形貌的γ
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MnO2催化剂。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供上述催化剂在锌
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空气电池中的应用。
[0007]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法及其应用，包括以下步骤：
[0009](1)将一定量的硫酸锰和高锰酸钠分别溶解，(2)将上述步骤(1)获得的硫酸锰溶
液和高锰酸钠溶液在室温下摇匀混合，反应若干小时，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后得到球状的无定型MnO2前驱体；(3)将上述无定型 MnO2前驱体经超声分散于分散剂中，加热条件下反应若干小时，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后即可得到缺角六角片状形貌的γ
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MnO2催化剂。
[0010]所述步骤(1)的硫酸锰与高锰酸钠的摩尔比为1:(0.4～1.0)；
[0011]所述步骤(1)的硫酸锰溶液的浓度为0.4～10wt％；
[0012]所述步骤(3)的分散剂为含有盐酸的水溶液，其中盐酸的质量分数为0.5％；
[0013]所述步骤(3)的分散剂中含有以下成分中的一种或多种：氯化钙、氯化镁、硝酸钙、硝酸镁；
[0014]所述步骤(3)的分散剂中溶质的质量分数为1～5.0wt％；
[0015]所述步骤(3)的无定型MnO2前驱体与分散剂的质量比为1:(100～500)；
[0016]所述步骤(3)的反应方式为静置、或搅拌、或超声，反应温度为40～100℃，反应时间为6～48h。
[0017]上述方法制备的缺角六角片状形貌的γ
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MnO2作为催化剂在氧还原电催化、金属
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空气电池中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0019]该方法是在温和条件下首先制备出形貌均匀的无定型MnO2前驱体，而后将前驱体分散于分散剂中，在一定的条件下诱导转变得到六角片状形貌的γ
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MnO2催化剂。与常规报道的γ
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MnO2的形貌不同，该技术专利技术制备的γ
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MnO2为罕见的六角片状形貌，这有利于催化剂表面产生并暴露更多的活性位点，从而提供良好的电催化性能。与常规构筑γ
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MnO2的方法不同，本技术路线利用无定型MnO2前驱体，经过诱导转化出具有缺角六角片状形貌的γ
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MnO2催化剂。经过上述技术路线制备的γ
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MnO2催化剂在氧还原反应、锌
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空气电池中表现出良好的催化性能。
附图说明
[0020]图1为实施例1制备的无定型MnO2前驱体的XRD图。
[0021]图2为实施例1制备的无定型MnO2前驱体的SEM图。
[0022]图3为实施例1制备的缺角六角片状γ
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MnO2和对比例1制备的常规棒状形貌的γ
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MnO2的XRD图。
[0023]图4为实施例1制备的缺角六角片状γ
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MnO2的SEM图。
[0024]图5为对比例1制备的常规棒状形貌的γ
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MnO2的SEM图。
[0025]图6为实施例1制备的缺角六角片状γ
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MnO2和对比例1制备的棒状γ
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MnO2的氧还原反应活性图。
[0026]图7为实施例1制备的缺角六角片状γ
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MnO2和对比例1制备的棒状γ
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MnO2的锌
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空气电池充放电循环图。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，但实施例并不对本专利技术做任何形式的限定。除非另有说明，本专利技术实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
[0028]下面实施例中所用的试剂，如无特殊说明，均为分析纯级。
[0029]实施例1一种六角片状的γ
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MnO2催化剂
[0030]1、制备方法
[0031]本实施例提供了一种六角片状的γ
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MnO2的制备方法，包括以下步骤：
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法及其应用，其特征在于包括以下步骤：(1)将一定量的硫酸锰和高锰酸钠分别溶解，(2)将上述步骤(1)获得的硫酸锰溶液和高锰酸钠溶液在室温下摇匀混合，反应若干小时，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后得到球状的无定型MnO2前驱体；(3)将上述无定型MnO2前驱体经超声分散于分散剂中，加热条件下反应若干小时，将得到的产物经过分离、洗涤、干燥后即可得到缺角六角片状形貌的γ
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MnO2催化剂。2.根据权利要求1所述的一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的硫酸锰与高锰酸钠的摩尔比为1:(0.4～1.0)。3.根据权利要求1所述的一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的硫酸锰溶液的浓度为0.4～10wt％。4.根据权利要求1所述的一种用于锌空电池电极催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)的分散剂为含有盐酸的水溶液，其中盐酸的质量分数为0.5％。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林康迪，孙明，蓝邦，韩佳锡，周子昊，余林，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：