專利名稱：一種鋰空氣電池用鉑/石墨烯催化劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰空氣電池用催化劑制備方法，特別是一種鋰空氣電池用鉬/石墨烯催化劑的制備方法。
背景技術：
鋰空氣電池具有能量密度高、體系輕、無毒無污染、價格低廉等優點，具有巨大的應用前景。但是由于催化劑活性、穩定性以及成本問題使得鋰空氣電池目前難以達到商業化應用的要求。采用合適的催化劑載體或改善載體結構，有利于提高催化劑性能。各類導電碳材料，如碳微球、多壁碳納米管、單壁碳納米管等被用作電催化劑載體，以期改進其穩定性。石墨烯是具有少于10層石墨分子層狀結構的碳材料，比表面積較高(單層石墨烯理論比表面積可達2620m2/g)，可以提供較多的金屬活性位。同時，石墨烯表現出很強的量子效應，具有良好的電子傳導能力。通過第一原理計算發現，鉬簇可以穩定地負載于石墨烯上，而一氧化碳或氫在金屬鉬顆粒上的吸附能會因為石墨烯的存在而降低，這更利于鋰空氣電池中的反應。因此，石墨烯非常適合做電催化劑的載體。
發明內容
本發明的目的是提供一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑，這種催化劑使用石墨烯為載體，利用石墨烯特有的量子效應和二維延展性，以提高催化劑的穩定性。通過將氯鉬酸和氧化石墨進行共混，使用硼氫化鈉或乙二醇作為還原劑進行共還原，通過調節還原時間來控制催化劑的活性，從而制備出具有更高穩定性的鋰空氣電池催化劑。一種鋰空氣電池用鉬/石墨烯催化劑通過以下方法來制備A.硼氫化鈉還原法取氧化石墨超聲分散于去離子水中形成0. 05 lwt%的氧化石墨分散液，加入氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中載量為5 50wt%，用0. 5 4M氫氧化鉀水溶液調節pH值至9 13，加入硼氫化鈉及去離子水，其中，硼氫化鈉與氧化石墨分散液體積之比為1:1 1:5，去離子水與氧化石墨分散液體積之比為1:1 5 :1，還原I 18小時，然后抽濾，并用去離子水洗滌，60 100°C干燥6 24小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑；或B.乙二醇還原法取氧化石墨超聲分散于乙二醇中形成0. 05wt% lwt%的氧化石墨分散液，加入氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中載量為5 50wt%，用
0.5 4M氫氧化鉀乙二醇溶液調節pH值至9 13，90 150°C下還原3 12小時，然后抽濾，并用去離子水洗滌，將產物60 100°C干燥6 24小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬
/石墨烯催化劑。本發明的一種鋰空氣電池用鉬/石里烯催化劑，采用石墨烯為載體，利用石墨烯特有的量子效應在石墨烯表面形成電負中心，在催化劑制備過程中吸附鉬粒子，使鉬粒子能更穩定地負載于載體表面，不易遷移，提高催化劑的穩定性；同時由于石墨烯很大的比表面積，負載的鉬粒子不易相互接觸團聚，可以更好地提高和保持催化劑的催化活性。
具體實施例方式本發明的一種鋰空氣電池用鉬/石墨烯催化劑的電化學活性表面積和穩定性的檢測方法是通過在標準三電極體系中進行循環伏安測試完成的。采用鉬絲作為對電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，直徑5mm的玻碳電極為工作電極，電解質為0. lmol/L的KOH溶液。測試在CHI760E (上海辰華公司)系統上進行，具體操作過程為準確稱取5mg催化劑粉體，加入50 ii L的5wt%Naf ion (Du Pont公司)溶液，超聲分散于ImL去離子水中。移取6 ii L滴于玻碳電極表面,室溫干燥。測試前，先在浸入三電極的KOH體系中通入IS氣半小時，以50mV/s的掃描速率在-1. OV到0. 2V (SCE)區間內進行多次循環伏安掃描，直至曲線穩定。實施例1.硼氫化鈉還原法 取氧化石墨超聲分散于去離子水中形成0.5wt%的氧化石墨分散液2g，加入1.35mg氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中載量為5wt%。以0. 5M氫氧化鉀水溶液調節pH值至9，加入0. 16g硼氫化鈉及5g去離子水，還原I小時，然后抽濾，并用去離子水洗漆，100°C干燥6小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑。催化劑電化學活性測試結果顯示最大電流密度為5. 8mA/cm2,開路電壓為-0. 05V。實施例2.硼氫化鈉還原法取氧化石墨超聲分散于去離子水中形成lwt%的氧化石墨分散液5g,加入14mg氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中載量為10wt%。以IM氫氧化鉀水溶液調節混合液pH值至10，加入0. 47g硼氫化鈉和7g去離子水，還原2小時，然后抽濾，并用去離子水洗滌，60°C干燥10小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑。催化劑電化學活性測試結果顯示最大電流密度為6. 4mA/cm2,開路電壓為-0. 04V。實施例3.硼氫化鈉還原法取氧化石墨超聲分散于去離子水中形成0. 06wt%的氧化石墨分散液IOg,加入3. 23mg氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中載量為20wt%。以2M氫氧化鉀水溶液調節pH值至10，加入2g氫氧化鈉和12g去離子水,還原4小時,然后抽濾,并用去離子水洗滌，80°C干燥12小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑。催化劑電化學活性測試結果顯示最大電流密度為6. 8mA/cm2,開路電壓為-0. 03V。實施例4.乙二醇還原法取氧化石墨超聲分散于乙二醇中形成0. 08wt%的氧化石墨分散液4g，加入2. 57mg氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中載量為30wt%。以3M氫氧化鉀乙二醇溶液調節pH值至9，90 0C下還原2小時，然后抽濾，并用去離子水洗滌，將產物100 °C干燥6小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑。催化劑電化學活性測試結果顯示最大電流密度為7. 2mA/cm2,開路電壓為-0. 03V。實施例5.乙二醇還原法取氧化石墨超聲分散于乙二醇中形成0. 07wt%的氧化石墨分散液8g，加入7. 4Img氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中載量為50wt%。以3. 5M氫氧化鉀乙二醇溶液調節pH值至13，100°C下還原24小時，然后抽濾，并用去離子水洗滌，將產物80°C干燥24小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑。催化劑電化學活性測試結果顯示最大電流密度為8. 2mA/cm2,開路電壓為-0. OlV0
權利要求
1.一種鋰空氣電池用鉬/石墨烯催化劑的制備方法，其特征在于制備方法如下A.硼氫化鈉還原法取氧化石墨超聲分散于去離子水中形成O. 05 lwt%的氧化石墨分散液，加入氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中負載量為5 50wt%，用O. 5 4M氫氧化鉀水溶液調節pH值至9 13，加入硼氫化鈉及去離子水，其中，硼氫化鈉與氧化石墨分散液體積之比為1:1 1:5，去離子水與氧化石墨分散液體積之比為1:1 5 :1，還原I 18小時，然后抽濾，并用去離子水洗滌，60 100°C干燥6 24小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑；或B.乙二醇還原法取氧化石墨超聲分散于乙二醇中形成O. 05 lwt%的氧化石墨分散液，加入氯鉬酸混合均勻，使鉬在鉬/石墨烯催化劑中負載量為5 50wt%，用O. 5 4M氫氧化鉀乙二醇溶液調節pH值至9 13，90 150°C下還原3 12小時，然后抽濾，并用去離子水洗滌，將產物60 100°C干燥6 24小時，得到一種鋰空氣電池用的鉬/石墨烯催化劑。
全文摘要
本發明公開一種鋰空氣電池用鉑/石墨烯催化劑的制備方法，該催化劑采用石墨烯為載體，以硼氫化鈉或乙二醇為還原劑，將氧化石墨與氯鉑酸共還原，得到一種鋰空氣用鉑/石墨烯催化劑，其鉑含量為5～50wt%。所制備的催化劑的活性組分在石墨烯載體上分散均勻，對鋰空氣電池相關電催化反應具有優異的催化性能。
文檔編號B01J23/42GK103007927SQ20121054107
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者李國儒, 銀鳳翔, 陳標華, 王亮 申請人:北京化工大學常州先進材料研究院