[发明专利]一种双金属普鲁士蓝硫化物的双功能催化剂的制备方法

说明书

本次发明具体涉及到纳米和电催化领域，此次发明的催化剂可以应用到锌‑空气电池中。通过简单的共沉淀法以硝酸镍、柠檬酸钠、钴氰化钾和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为原料合成了一种形貌均一、尺寸均匀的普鲁士蓝立方体纳米颗粒前驱体，将该前驱体材料与硫粉以1:8的质量比分别放于瓷舟两头，在管式炉的氮气气氛下进行硫化反应，得到最终产物：双金属普鲁士蓝的硫化物催化剂材料。该催化剂在0.1M的碱性KOH电解液中进行ORR和OER性能测试，双金属普鲁士蓝的硫化物催化剂材料具有0.79V的半波电位，在10mAcm^‑2的电流密度下过电位仅有320mV。且该催化剂制备流程简单，价格低廉，原料丰富，产量高等优点。

技术领域

本发明隶属于纳米技术和电催化领域，具体涉及一种双金属普鲁士蓝硫化物的双功能催化剂的制备方法及其应用，该催化剂可以应用于锌-空气电池。

背景技术

根据之前曾经有过的报道，铂基材料是ORR的最佳电催化剂，而RuO₂已被证明对OER有较高的活性。然而，这些催化剂仅具有单一的催化性能，不能作为双功能催化剂应用于锌-空气电池中。特别是，OER涉及四电子反应，反应动力学过程缓慢。此外，它们在实际应用的过程中还受到了成本高、资源有限和耐久性差等几个方面的限制。因此迫切需要开发低成本、高效的双功能催化剂，以构建高效的反应体系。

PBAs可以用一般式A_m[B(CN)₆]_n来表示，是形成的同型异多核复合物，其中A和B都是过渡金属阳离子。普鲁士蓝类似物是一种具有简单的立方框架结构的物质。表现出优异的磁性、光学和电化学性质，因此在电化学器件应用中具有很大的潜力，例如：分子磁铁、电极和可充电电池。由于巨大的非对称氰化物阴离子，PB及其类似物会具有开放的空间，它们会相互连接形成一个隧道结构，不仅可以容纳中性分子，还可以容纳其他的离子，维持离子电荷平衡。此外，它们是无毒的氧化合物，其氧化还原反应是化学可逆的。因此，这些材料成为了电化学领域的研究热点。

发明内容

本发明根据现存的问题，设计了一种双金属普鲁士蓝硫化物的双功能催化剂的制备方法，以制备高性能的双功能电催化剂。

本发明的具体方案如下：

(1)将硝酸镍和柠檬酸钠溶于100mL去离子水中，标注为A,将钴氰化钾和CTAB单独溶于另外的100mL去离子水中，标注为B。分别搅拌10分钟后，将A和B迅速混合搅拌。室温静置24h。

(2)将(1)所制备的沉淀离心、干燥，得到Ni₃[Co(CN)₆]₂。

(3)把(2)所得产物与硫粉分别放于瓷舟两端，放在氮气气氛下进行煅烧。

(4)第一步中，将0.8724g六水硝酸镍和1.32345g柠檬酸钠先后溶于100mL去离子水中，标记为A,把0.66466g钴氰化钾和0.1gCTAB溶于另外100mL去离子水中，标记为B。将A和B迅速混合搅拌。室温静置24h。

第二步中，将(1)所得产物用去离子水、无水乙醇分别离心3次，在60℃的烘箱中烘干12h。

第三步中，(2)中所得产物与硫粉的质量比为1:8分别放于瓷舟两端，在管式炉中氮气气氛下以2℃/min的升温速率升温到400℃，并保温5h。反应完毕后随炉冷却至室温，即可得到双金属普鲁士蓝的硫化物。

附图说明

图1为制备的双金属普鲁士蓝的X射线粉末衍射图。

图2为制备的双金属普鲁士蓝硫化物的X射线粉末衍射图。

图3为制备出的双金属普鲁士蓝硫化物的透射电镜图像。

图4为制备的双金属普鲁士蓝硫化物催化剂的ORR的极化曲线。