[发明专利]一种应用于锌空气电池的普鲁士蓝衍生物催化剂的制备

说明书

本发明属于纳米材料和电催化领域，具体涉及一种应用于锌空气电池的普鲁士蓝衍生物催化剂的制备。通过简单的水热法合成了棒状氢氧化镍基底，然后以氢氧化镍为基底通过水热进一步合成，得到最终产物：氢氧化镍/镍钴普鲁士蓝衍生物材料。以其作为电催化剂，该催化剂在0.1M的碱性氢氧化钾溶液中进行氧析出/氧还原性能测试，氢氧化镍/镍钴普鲁士蓝衍生物催化剂材料具有比贵金属催化剂更加小的OER过电位(310mV)和组装锌空气电池可长时间(500圈)循环稳定，且该催化剂制备工艺简单，原材料丰富且低廉，合成周期极短、产量高等优点。

技术领域

本发明属于纳米材料和电催化领域，具体涉及一种应用于锌空气电池的普鲁士蓝衍生物催化剂的制备，不仅如此，还可以基于该催化剂组装柔性电池，应用于一些可穿戴电子产品中。

背景技术

在各种电化学能量存储和转换系统中，锌-空气电池由于其理论能量密度和功率密度高、可靠的安全性和经济可行性，而在近年来进行了广泛的研究。为了开发具有高性能的便携式锌空气电池，实现出色的双功能氧反应性、强耐碱性、柔韧性和延展性的空气正极材料尤为重要。在所有的高活性催化剂中，它们显示出低的过电位和优异的稳定性，但是双功能催化性能不足和高成本(地壳中含量仅9×10^-9％)仍然限制了它们的大规模商业化应用。因此，迫切需要开发高效稳定的非贵金属催化剂。

研究人员发现，过渡金属基层状氢氧化合物(LDH)由于其特殊的二维2D结构，较大的表面积，可调节的成分和丰富的活性位点具有取代贵金属催化剂的有效和有前途的地位，已成为碱性电解质溶液中一类有前景的非贵金属双功能电催化剂。尽管如此，基于过渡金属的LDH的催化性能仍然受到其低电导率和缓慢的氧还原过程的限制。在此，我们提出了一种简便的模板化学刻蚀/阴离子交换反应方法用合成双金属的立方纳米结构的普鲁士蓝衍生物(PBA)。

本发明中，我们以NiCoPBA为例,LDH的前驱体我们选用价格便宜易得的Ni(OH)₂,化学刻蚀选用钴氰化钾,成功演示了该概念下从二维纳米片状Ni(OH)₂到立方状结构NiCoPBA的合成及广泛的应用。

发明内容

本发明根据以上提出的问题，提供了一种锌空气电池负极材料NiCoPBA的制备方法，以此来解决锌空气电池的负极材料因体积膨胀造成的循环稳定性问题，并为锌空气电池提供高比容量的电极材料。

本发明的具体方案如下：

(1)将一定量的六水合二氯化镍、氟化铵和尿素溶于一定量去离子水中，磁力搅拌15分钟，然后将上述混合液移至反应釜中，在100℃下反应12小时，离心干燥。

(2)将一定量的钴氰化钾溶于一定量去离子水中，然后将(1)所得产物分散其中，磁力搅拌12小时，离心干燥。

第一步中，将0.328g六水合二氯化镍、0.178g氟化铵和0.364g尿素溶于25mL去离子水中，磁力搅拌15分钟，然后将上述混合液移至40mL反应釜中，在100℃下反应12小时。反应结束后，所得产物用去离子水、无水乙醇分别离心冲洗3次，在60℃的烘箱中干燥12小时。即可得到Ni(OH)₂前驱体。

第二步中，将(1)中0.1g产物溶于钴氰化钾溶液，磁力搅拌12小时，反应结束后，所得产物用去离子水、无水乙醇分别离心冲洗3次，在60℃的烘箱中干燥12小时，即可得到Ni(OH)₂/NiCoPBA催化剂。

附图说明

图1为具体实施方式实例中制备的Ni(OH)₂前驱体的X射线衍射图。

图2为具体实施方式实例中制备的纳米Ni(OH)₂/NiCoPBA催化剂材料的X射线衍射图。

图3为具体实施方式实例中制备出的纳米Ni(OH)₂/NiCoPBA催化剂材料的透射电镜图像。