[发明专利]具有双功能催化的自支撑Ti4

说明书

本发明公开了一种具有双功能催化的自支撑Ti4O7纳米纤维制备方法，主要解决常规制备法所得Ti4O7材料尺寸较大的问题。其实现步骤是：1.制备具有纳米尺度的H2Ti3O7纤维；2.将H2Ti3O7纳米纤维平铺于小号石英舟内，放置在管式炉中部，再取10倍于H2Ti3O7纳米纤维质量的高纯石墨粉，平铺于大号石英舟内，放于H2Ti3O7纳米纤维石英舟旁边；将管式炉抽真空或通入还原气体，并设置加热温度和保温时间；3.待保温阶段结束后自然冷却，在小号石英舟内即可得到Ti4O7纳米纤维。本发明具有可有效调控Ti4O7纳米纤维的尺寸和形貌的优点，可用于制作锌‑空气电池中空气阴极的自支撑电催化剂。

技术领域

本发明属于金属-空气电池技术领域，特别涉及空气中阴极纳米纤维状催化剂材料的制备方法，可用于催化氧还原反应和析氧反应。

技术背景

锌-空气电池作为一种高效环保的节能电池，在新能源汽车等领域有着广泛的应用。提升锌-空气电池性能的关键是获取高效低成本绿色环保的催化剂加速空气阴极中的氧还原反应ORR和析氧反应OER。目前普遍使用的ORR催化剂是贵金属Pt/C，OER催化剂是贵金属Ir，C则作为载体，负责电子的传输。在实际的应用过程中，这种组合存在如下问题：1)Pt、Ir贵金属催化剂导致的高成本严重制约了锌-空气电池的大规模应用；2)两种催化剂的使用导致电池的空气阴极部分结构复杂化，电池加工成本升高；3)含C的催化剂层在电池进行充电的时候，由于较高的充电电位，催化剂层中的C会被腐蚀，形成碳腐蚀产物。催化剂层中的碳腐蚀会引起催化剂层的结构与性能的变化，具体表现在，二次电池在经过几次充放电循环之后，催化剂层对氧气电催化还原作用明显减弱。因此含C的催化剂层的耐久性和催化活性无法满足商业二次电池的要求。

综上所述，因为催化剂的高成本、ORR催化剂和OER催化剂的并存的结构以及炭黑载体的腐蚀，使得现有电池的空气阴极不能用于二次电池的工业化生产，若能寻求一种既可同时充当ORR和OER催化剂，又可作为空气阴极载体的非碳自支撑材料，可彻底解决以上问题。