[发明专利]一种非贵金属双功能氧反应电催化材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种非贵金属双功能氧反应的电催化材料及其制备方法，具体方法是通过复合金属氢氧化物吸附过渡金属大环化合物，形成前驱体材料，通过焙烧使复合金属氢氧化物表面的过渡金属大环化合物转化成具有ORR活性的MNx结构，复合金属氢氧化物层板转化成具有OER活性的尖晶石结构，从而得到非贵金属高效双功能电催化剂。该非贵金属双功能电催化材料具有优异的ORR和OER电催化性能，可用于燃料电池催化材料领域。本发明所采用的制备方法简单，原料来源丰富，便于工业化生产。

主权项

一种非贵金属双功能氧反应电催化材料的制备方法，具体步骤如下：A.将含M_II²⁺、M³⁺的硝酸盐溶于去离子水中配制混合盐溶液，其中M³⁺的摩尔浓度为0.025‑0.5mol/L，M_II²⁺与M³⁺的摩尔浓度比为2‑4；M_II²⁺为二价金属离子Co²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Cr²⁺、V²⁺或Mo²⁺中的一种；M³⁺为三价金属离子Co³⁺、Ni³⁺、Fe³⁺、Mn³⁺、Cr³⁺、V³⁺或Ga³⁺中的一种；B.将氢氧化钠和碳酸钠加入去离子水中配制与混合溶液A等体积的溶液B，溶液B中氢氧化钠浓度为0.03～3mol/L，碳酸钠浓度为0.01～1mol/L；C.将溶液A、B同时倒入旋转液膜反应器中快速混合，成核30～180秒；将成核后的浆液转移至水热釜中，在80～140℃下恒温晶化生长8～36小时；反应浆液用去离子水离心洗涤5遍以上，再用无水乙醇洗涤一遍，滤饼在烘箱中于60～100℃下干燥10～12小时得到M_II²⁺_XM³⁺‑LDH，X＝1～4；所述的旋转液膜反应器见发明专利CN1288078，其中液膜反应器的转速为4000～4500rpm，定子与转子之间的间隙尺寸为15～18μm；D.将复合金属氢氧化物加入到浓度为0.01～1mol/L的M_I²⁺Y的水溶液中，其中，M_I²⁺Y与M_II²⁺_XM³⁺‑LDH的质量比为0.1～0.8，室温下搅拌8～36小时，制备得到M_I²⁺Y/M_II²⁺_XM³⁺‑LDH复合材料前驱体；将上述复合材料置于气氛炉中，惰性气氛下于500～900℃高温焙烧3～8小时，自然降温至室温，研磨得到催化剂样品粉末；所述的M_I²⁺Y为大环金属化合物，其中M_I²⁺为二价金属离子Co²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Cr²⁺、V²⁺或Mo²⁺中的一种，且M_I²⁺≠M_II²⁺；Y为酞菁、卟啉、二萘嵌苯四羧基酸酐、四氮环十二烷、四氮环十四烷、四氮环十五烷、四氮环十六烷中的一种。