CN103151543A - 一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂及制备方法 - Google Patents

一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂及制备方法 Download PDF

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陈标华
陈丹
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Abstract

本发明公开了一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂及制备方法。催化剂以金属有机骨架（MOFs）为载体，活性中心MnO、Mn2O3和Mn3O4为主体，掺杂了氧化钴或氧化镍。催化剂制备方法是：将MOFs浸没在氨水中，超声搅拌均匀后加入锰盐、钴盐或镍盐，然后加入碱溶液调节pH值；反应完成后，洗涤、干燥。该催化剂用于锂空气电池阴极具有高效稳定的电化学性能。

Description

一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂及制备方法
技术领域
本发明属电化学领域，尤其涉及一种用于锂空气电池的电催化剂及其制备方法。 
背景技术
锂空气电池具有容量大、比能量高、工作电压平稳、价格低廉和环境友好等优点，是一种具有巨大市场前景的化学电源。而空气电极是锂-空气电池中的主要组成部件，其性能的好坏决定了电池输出功率的大小。空气电极催化剂的催化活性在电池的使用中起着关键的作用，空气电极催化剂的催化活性越高，意味着在一定的工作电流密度下，以空气电极为正极的锂-空气电池有的输出电位越高。长期以来，催化剂的研究主要围绕以下系列集中展开：贵金属催化剂（如铂及铂合金、银），金属螯合物，金属氧化物（如尖晶石型氧化物，焦绿石型氧化物，钙钛矿型氧化物）等。贵金属催化剂有很好的催化活性和稳定性，但由于价格昂贵很难商品化。钙钛矿型复合氧化物对氧还原有较好的催化活性和稳定性，但由于热处理条件对钙钛矿晶型的形成有很大影响，而且大量研究表明催化性能也只是在100～180mA/cm2左右，达不到目前锌-空气电池发展的需要。 
发明内容
本发明的目的是提供一种制备用于锂空气电池的催化剂及其制备方法，该催化剂氧还原活性高，制备方便，价廉易得。 
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案： 
一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂，催化剂的载体为金属有机骨架（MOFs）。 
所述的催化剂的制备为在MOFs载体中加入锰盐，再加入钴盐或镍盐中的至少一种，在碱溶液环境下反应后，再经去离子水洗涤、去除杂质离子最终干燥而成；其中，主材料成份的重量百分比为：锰盐5～30%；钴盐0～25%；镍盐0～25%；余量为MOFs。 
所述的锰盐为MnSO4，Mn(NO3)2或者KMnO4；所述的钴盐为CoSO4，Co(NO3)2或者CoCl2；所述的镍盐为NiSO4，Ni(NO3)2或者NiCl2。 
一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂的具体方法如下：首先将MOFs浸没在氨水中，超声搅拌均匀后，按比例加入锰盐，再按比例加入钴盐或镍盐中的至少一种，然后加入碱溶液调节pH值在8～14，继续超声搅拌2～8小时；反应完成后，用去离子水冼涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，70～120℃烘干，所述的碱溶液为NaOH或者KOH溶液。 
所述MOFs和氨水的比值为1：2～1:100。 
本发明制备的催化剂催化活性高、稳定性好，而且制备过程操作简单、成本低廉。 
具体实施方式
实施例1 
将25g的MOFs浸没在氨水中，MOFs与氨水的比值为1:2，超声搅拌均匀后，加入12.34g的Mn(NO3)2，加入4.69g的CoSO4和8.79g的NiSO4，然后加入浓度为0.1M KOH溶液调节pH值为8，继续超声搅拌5.0小时；反应完成后，用去离子水洗涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，70℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比为：锰盐15%，钴盐5%，镍盐10%，余量为MOFs。 
实施例2 
将25g的石墨烯浸没在氨水中，MOFs与氨水的比值为1：50，超声搅拌均匀后，加入16.62g的MnSO4，加入11.91g的CoCl2，然后加入浓度为0.15M的NaOH溶液调节pH值为8，继续超声搅拌2.0小时；反应完成后，用去离子水洗涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，90℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比为：锰盐30%，钴盐15%，余量为MOFs。 
实施例3 
将25g的石墨烯浸没在氨水中，MOFs与氨水的比值为1：80，超声搅拌均匀后，加入15.54g的KMnO4，加入1.94g的Co(NO3)2和19.47g的Ni(NO3)2，然后加入浓度为0.05M NaOH溶液调节pH值为8，继续超声搅拌8.0小时；反应完成后，用去离子水洗涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，70℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比为：锰盐30%，钴盐2%，镍盐20%余量为MOFs。 
实施例4 
将25g的MOFs浸没在氨水中，MOFs与氨水的比值为1：100，超声搅拌均匀后，加入16.62g的MnSO4，加入11.91g的CoCl2，然后加入浓度为0.05M KOH溶液调节pH值为8，继续超声搅拌4.0小时；反应完成后，用去离子水洗涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，120℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比为：锰盐30%，钴盐15%，余量为MOFs。 
实施例5 
将25gMOFs浸没在氨水中，MOFs与氨水的比值为1：20，超声搅拌均匀后，加入10.26g的MnSO4，加入4.85g的Co(NO3)2和9.73g的Ni(NO3)2，然后加入浓度为0.15M NaOH溶液调节pH值为8，继续超声搅拌6.0小时；反应完成后，用去离子水洗涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，90℃烘干。其中，主材料成分的重量百分比为：锰盐20%，钴盐2%，镍盐20%，余量为MOFs。 

Claims (5)

1.一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂，其特征在于，催化剂以金属有机骨架（MOFs）为载体。 
2.一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂，其特征在于，以MOFs为载体加入锰盐，再加入钴盐或镍盐中的至少一种，在碱溶液环境下反应后，再经去离子水洗涤、去除杂质离子最终干燥而成；其中，主材料成份的重量百分比为：锰盐5～30%；钴盐0～25%；镍盐0～25%；余量为MOFs。 
3.根据权利要求2所述一种用于锂空气电池的Mn-M/MOFs催化剂及制备方法，其特征在于：所述的锰盐为MnSO4，Mn(NO3)2或者KMnO4；所述的钴盐为CoSO4，Co(NO3)2或者CoCl2；所述的镍盐为NiSO4，Ni(NO3)2或者NiCl2。 
4.一种制备权利要求2所述的催化剂制备的方法，其特征在于，方法如下：首先将MOFs浸没在氨水中，超声搅拌均匀后，按比例加入锰盐，再按比例加入钴盐或镍盐中的至少一种，然后加入碱溶液调节pH值在8～14，继续超声搅拌2～8小时；反应完成后，用去离子水冼涤，去除杂质离子，然后放入鼓风干燥箱，70～120℃烘干，所述的碱溶液为NaOH或者KOH溶液。 
5.根据权利要求2所述的催化剂制备方法，其特征在于，所述MOFs和氨水的比值为1：2～1:100。 
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