CN105655602B - 一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成 - Google Patents

一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成 Download PDF

Info

Publication number
CN105655602B
CN105655602B CN201511003313.3A CN201511003313A CN105655602B CN 105655602 B CN105655602 B CN 105655602B CN 201511003313 A CN201511003313 A CN 201511003313A CN 105655602 B CN105655602 B CN 105655602B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nanocube
mixture phase
mixture
electro
air cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201511003313.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105655602A (zh
Inventor
李春生
孙嬿
刘海涛
李远亮
张煜
马雪刚
王莉娜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China University of Science and Technology
Original Assignee
North China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China University of Science and Technology filed Critical North China University of Science and Technology
Priority to CN201511003313.3A priority Critical patent/CN105655602B/zh
Publication of CN105655602A publication Critical patent/CN105655602A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105655602B publication Critical patent/CN105655602B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本专利的发明内容在于提供一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成，合成过程中采用三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的混合离子液体为金属离子螯合剂和结构诱导剂，进而氧化锰纳米材料生长为高结晶性结构。该离子液体辅助微波辐射具有合成反应条件温和、高效合成、纳米产物可控性佳、产率高等优势，该合成方法为Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体的氧催化综合性能提供了必要的技术保障。

Description

一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化 剂设计合成
【技术领域】
本发明属于无机功能纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成。
【背景技术】
镁空气电池是以空气中的氧气为正极电催化材料，而金属镁片或镁基合金片为负极活性物质，且采用中性电解液为离子导体组装而成的高能量密度新型化学电源。镁空气电池特点是电池理论比能量高达3910Wh/kg，因此倍受关注([1]Yan，Yajing etal.J.Electrochem.Soc.，161(6)，A974-A980，2014；[2]Xin，Gongbiao et al. DaltonTrans.，42(48)，16693-16696，2013；[3]Huang，Guangsheng et al.Mater.Lett.， 113，46-49，2013；[4]Inoishi，Atsushi et al.Chem.Comm.，49(41)，4691-4693， 2013；[5]Shu，Chaozhu et al.Int.J.Hydrogen Energy，38(14)，5885-5893，2013)。镁空气电池可应用于较大电流脉冲放电条件，其放电曲线放电电压高、平台平稳、使用持续时间长、耐低温性佳、储存方便；如更换镁电池的负极镁片完成电池充电的操作时间很短([6]Milusheva，Y.D.etal.Bulgarian Chem.Commun.，45， 140-145，2013；[14]Khoo，Timothy etal.Electrochim.Acta，87，701-708，2013；[7] Bayley，Paul M.et al.Aust.J.Chem.，65(11)，1542-1547，2012；[8]Ma，Yibin et al.J. Power Sources，196(4)，SI，2346-2350，2011；[9]Li，Weiyang et al.Angew.Chem. Int.Ed.，45(36)，6009-6012，2006；[10]Xue，Yejian et al.J.Power Sources，297， 202-207，2015；[11]Chen，Leanne D.etal.J.Phys.Chem.C，119(34)，19660-19667， 2015；[12]Akhtar，Naveed，et al.IntJ.Energy Res.，39(3)，303-316，2015；[13] Dinesh，M.Mayilvel et al.J.PowerSources，276，32-38，2015；[14]Wang，Naiguang et al.Electrochim.Acta，149，193-205，2014；[15]Yuasa，Motohiro et al.Mater.Trans.， 55(8)，1202-1207，2014；[16]Zhang，Tianran et al.Mater.Horizons，1(2)，196-206， 2014)。而正极电催化材料在很大程度上决定整个电池的放电性能，而成为近年来的研究热点。
而氧化锰电催化纳米材料比表面积高，极利于正极高催化性能优化。另外，氧化锰纳米材料因原料成本低，而促使电催化剂的成本大大降低，有益于电催化剂的批量生产和规模应用。在众多物相中，Mn2O3和Mn3O4的物相具有良好的氧还原催化电子转移数、起始电位。
但是氧化锰纳米材料在合成过程中关键问题是如何同时发挥Mn2O3和 Mn3O4两种物相的双重电催化转化作用，发挥两者的协同效应，并在快速合成体系中有效控制材料的微观结构。而现有合成手段对Mn2O3和Mn3O4纳米材料尚存在一定难题。因此，本发明专利针对上述关键科学问题提供一种镁空气电池用 Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成，合成过程中采用三己基十四烷基氯化膦(CAS号：258864-54-9，分子式为)和三正丁基十四烷基氯化膦(CAS号：81741-28-8，分子式为)的混合离子液体为金属离子螯合剂和结构诱导剂，进而氧化锰纳米材料生长为高结晶性、形貌规整材料。该离子液体辅助微波辐射具有合成反应条件温和、高效合成、纳米产物形貌可控性佳、产率高等优点，该合成方法为Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体的宏观氧催化综合性能提供了必要的技术保障。
【发明内容】：本专利的发明内容在于提供一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成，合成过程中采用三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的混合离子液体为金属离子螯合剂和结构诱导剂，进而氧化锰纳米材料生长为高结晶性结构。该离子液体辅助微波辐射具有合成反应条件温和、高效合成、纳米产物可控性佳、产率高等特点，该合成方法为Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体在镁空气电池中氧催化综合性能优化提供了必要的技术保障。
【本发明的技术方案】：本发明专利提供一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成，其以50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液、一水硫酸锰(MnSO4·H2O)为起始原料，以三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物为金属离子螯合剂和结构诱导剂，借助蒸馏水为反应介质，采用离子液体辅助微波辐射法制备Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料，具体合成方法为：
第一、用量筒量取50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液10～20毫升，并称量一水硫酸锰(MnSO4·H2O)为0.0500克，将其溶解于100毫升蒸馏水中，配制锰盐前驱体溶液；准确称量三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物0.2000～2.0克，而三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦的重量比为1∶1～1∶10。
第二、称量0.0200～0.8782克的高锰酸钾固体，加入20毫升蒸馏水，充分搅拌10分钟，得均一溶液；
第三、将第一和第二步得到的溶液充分混合，并在磁力搅拌器上高速搅拌 15分钟；
第四、将第三步所述混合物置于带有回流冷却装置的微波辐射反应器中，冷却水进口温度为20℃，出口温度为23℃，冷却水流量为0.5L/min，加热功率为 100～1000瓦，反应温度为80～150℃，持续反应3～90分钟；
第五、待反应结束后，将所得超细悬浊液灰黑色沉淀用蒸馏水及乙醇溶液分别润洗5～7次，并于80℃恒温环境中干燥14小时，即可制备MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料，MnO2的JCPDS卡片号为2-567，空间群： P42/mnm(no.136)，
第六、将第五步制备的MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料，在空气气氛的马弗炉中500～1200℃高温烧结1～12小时，经与空气中的氧气反应完成物相和形貌的转化过程，便得到了Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体材料。
所述Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体经X射线衍射(XRD)分析测试鉴定：Mn3O4的物相为JCPDS卡片号1-1127、空间群：I41/amd(no.141)， 而Mn2O3的物相为JCPDS卡片号1-1061、空间群：Ia-3 (no.206)，Mn2O3∶Mn3O4的特征峰峰强比例为7∶1。经SEM测试表明：该材料的边长为100～400纳米的立方体，形貌尺寸规整。
所述镁空气电池的空气电极是由防水透气层和电催化导电层压制而成，按照顺序依次为防水透气层、集流网(304不锈钢或铜网)及电催化导电层；而防水透气层是将乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、硫酸钠均匀混合，用机械搅拌浆搅拌原料成糊状，再经压密后得到防水透气膜，厚度为100～850微米；电催化层是将Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料、高比表面积乙炔黑、聚四氟乙烯乳液均匀混合，其重量比为5∶4∶1，并搅拌20min后，使用压片机用2MPa 压力压密1min后成表面光滑、密度均一的电催化膜，厚度为100～850微米。电解液配比为2.6M Mg(NO3)2和3.6M NaNO2混合中性电解液，并复配1～15wt％的三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦(摩尔比1∶1)的添加剂。所组装的镁空气电池在不同倍率电流密度下放电曲线采用Land CT2001A电化学测试系统来表征。经电化学测试表明：该材料所组装的镁空气电池的正极电催化膜获得了良好的电池电压平台和放电时间。
【本发明的优点及效果】：本发明专利涉及一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成，具有显著优点和有益效果：1、体系中引入三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦混合离子液体为金属离子螯合剂和结构诱导剂，可显著降低反应初期材料的成核速率和后期立方体的生长速率，为构建微观结构控制做铺垫。2、混合离子液体辅助微波合成工艺具有反应产率高、抑制副反应发生、合成高效便捷、间歇反应的重现性好。3、三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦辅助微波辐射法为系统分析 Mn2O3和Mn3O4混合物相的结构和性能之间的关系奠定了基础。
【附图说明】
图1为合成α-MnO2纳米材料样品的X射线衍射分析图(XRD)
图2为合成α-MnO2纳米材料样品的低倍扫描电子显微镜图(SEM)
图3为合成α-MnO2纳米材料样品的高倍扫描电子显微镜图
图4为合成Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米材料样品的X射线衍射分析图
图5为合成Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米材料样品的低倍扫描电子显微镜图
图6为合成Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米材料样品的高倍扫描电子显微镜图
【具体实施方式】
实施例1：边长为200-400纳米立方体的Mn2O3和Mn3O4混合物相材料
在室温下，以50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液、一水硫酸锰(MnSO4·H2O) 为起始原料，三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物为金属离子螯合剂和结构诱导剂，蒸馏水为溶剂，采用离子液体辅助微波辐射法制备Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料，具体合成路线为：第一、量取50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液10毫升、称量一水硫酸锰(MnSO4·H2O) 0.0500克，将其溶解于100毫升蒸馏水中，配制前驱体溶液；称量三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物0.2000克，三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦的重量比为1∶10。第二、称量0.0600 克的高锰酸钾固体，加入20毫升蒸馏水，充分搅拌10分钟，得到均一溶液；第三、将第一和第二步得到的溶液充分混合，并在磁力搅拌器上高速搅拌15分钟；第四、将第三步所述混合物置于带有回流冷却装置的微波辐射反应器中，冷却水进口温度为20℃，出口温度为23℃，冷却水流量为0.5L/min，加热功率为700 瓦，反应温度为100℃，持续反应15分钟；第五、待反应结束后，将所得超细悬浊液灰黑色沉淀用蒸馏水及乙醇溶液分别润洗6次，并于80℃恒温环境中干燥14小时，即可制备MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料(如图1-3)；第六、将第五步制备的MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料，在空气气氛的马弗炉中800℃烧结2小时，经与氧气反应完成物相和形貌的转化过程后，便得到了Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体。如图4所示，该Mn2O3和 Mn3O4混合物相的纳米立方体经X射线衍射分析测试鉴定为Mn3O4(JCPDS卡片号1-1127)、Mn2O3(JCPDS卡片号1-1061)的混合物相；经SEM测试表明：其边长为200～400纳米的立方体，形貌尺寸规整(如图5-6)。所述镁空气电池的空气电极是由防水透气层和电催化导电层压制而成，按照顺序依次为防水透气层、集流网及电催化导电层；而防水透气层是将乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、硫酸钠均匀混合，用机械搅拌浆搅拌原料成糊状，再经压密后得到防水透气膜，厚度为100～850微米；电催化剂是Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料、高比表面积乙炔黑、聚四氟乙烯乳液均匀混合，其重量比为5∶4∶1；并机械搅拌20min后，使用压片机用2MPa压力压密1min后成表面光滑、密度均一的电催化膜，厚度为100～850微米。电解液配比为2.6M Mg(NO3)2和3.6M NaNO2混合电解质中性电解液，并复配5wt％的三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦为摩尔比1∶1的混合添加剂。所组装的镁空气电池在不同倍率的电流密度下的放电曲线是采用Land CT2001A电化学测试系统中测试表征。经电化学测试表明：该材料所组装的镁空气电池的正极电催化膜获得了良好的电池电压平台和放电时间。
实施例2：边长为100-200纳米立方体的Mn2O3和Mn3O4混合物相材料
在室温下，以50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液、一水硫酸锰(MnSO4·H2O) 为起始原料，三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物为金属离子螯合剂和结构诱导剂，蒸馏水为反应介质，采用离子液体辅助微波辐射法制备Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料，具体合成方法为：第一、量取50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液20毫升、称量一水硫酸锰 (MnSO4·H2O)0.0500克，将其溶解于100毫升蒸馏水中，配制前驱体溶液；称量三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物 1.8000克，三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦的重量比为1∶6。第二、称量0.2000克的高锰酸钾固体，加入20毫升蒸馏水，充分搅拌10分钟，得到均一溶液；第三、将第一和第二步得到的溶液充分混合，并在磁力搅拌器上高速搅拌15分钟；第四、将第三步所述混合物置于带有回流冷却装置的微波辐射反应器中，冷却水进口温度为20℃，出口温度为23℃，冷却水流量为0.5L/min，加热功率为500瓦，反应温度为90℃，持续反应60分钟；第五、待反应结束后，将所得超细悬浊液灰黑色沉淀用蒸馏水及乙醇溶液分别润洗7次，并于80℃恒温环境中干燥14小时，即可制备MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料；第六、将第五步制备的MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料，在空气气氛的马弗炉中950℃烧结2小时，经与氧气反应完成物相和形貌的转化过程，便得到了Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体。该Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体经X射线衍射分析测试鉴定为Mn3O4(JCPDS卡片号1-1127) 和Mn2O3(JCPDS卡片号1-1061)的混合物相；经SEM测试表明其边长为 100-200纳米的立方体，形貌尺寸规整。所述镁空气电池的空气电极是由防水透气层和电催化导电层压制而成，按照顺序依次为防水透气层、304不锈钢集流网及电催化导电层；而防水透气层是将乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、硫酸钠均匀混合，用机械搅拌浆搅拌原料成糊状，再经压密后得到防水透气膜，厚度为100～850 微米；电催化剂是Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料、高比表面积乙炔黑、聚四氟乙烯乳液均匀混合，其重量比为5∶4∶1；并机械搅拌20min 后，使用压片机用2MPa压力压密1min后成表面光滑、密度均一的电催化膜，厚度为100～850微米。电解液配比为2.6M Mg(NO3)2和3.6M NaNO2混合电解质中性电解液，并复配5wt％的三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦为摩尔比1∶1的混合添加剂。所组装的镁空气电池在不同倍率的电流密度下的放电曲线是采用Land CT2001A电化学测试系统中分析表征。经电化学测试表明：该材料所组装的镁空气电池的正极电催化膜获得了良好的电池电压平台和放电时间。
实施例3：边长为300-400纳米立方体的Mn2O3和Mn3O4混合物相材料
在室温下，以50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液、一水硫酸锰(MnSO4·H2O) 为起始原料，三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物为金属离子螯合剂和结构诱导剂，蒸馏水为反应介质，采用离子液体辅助微波辐射法制备Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料，具体合成方法为：第一、量取50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液12毫升、称量一水硫酸锰 (MnSO4·H2O)0.0500克，将其溶解于100毫升蒸馏水中，配制前驱体溶液；称量三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物 0.2000克，三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦的重量比为1∶2。第二、称量0.0600克的高锰酸钾固体，加入20毫升蒸馏水，充分搅拌10分钟，得到均一溶液；第三、将第一和第二步得到的溶液充分混合，并在磁力搅拌器上高速搅拌15分钟；第四、将第三步所述混合物置于带有回流冷却装置的微波辐射反应器中，冷却水进口温度为20℃，出口温度为23℃，冷却水流量为0.5L/min，加热功率为350瓦，反应温度为100℃，持续反应60分钟；第五、待反应结束后，将所得超细悬浊液灰黑色沉淀用蒸馏水及乙醇溶液分别润洗6次，并于80 ℃恒温环境中干燥14小时，即可制备MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料；第六、将第五步制备的MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料，在空气气氛的马弗炉中900℃烧结10小时，经与氧气反应完成物相和形貌的转化过程，便得到了Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体。该Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体经X射线衍射分析测试鉴定为Mn3O4(JCPDS卡片号 1-1127)和Mn2O3(JCPDS卡片号1-1061)的混合物相；经SEM测试表明其边长为300～400纳米的立方体，形貌尺寸规整。所述镁空气电池的空气电极是由防水透气层和电催化导电层压制而成，按照顺序依次为防水透气层、304不锈钢集流网及电催化导电层；而防水透气层是将乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、硫酸钠均匀混合，用机械搅拌浆搅拌原料成糊状，再经压密后得到防水透气膜，厚度为 100～850微米；电催化剂是Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料、高比表面积乙炔黑、聚四氟乙烯乳液均匀混合，其重量比为5∶4∶1；并机械搅拌20min后，使用压片机用2MPa压力压密1min后成表面光滑、密度均一的电催化膜，厚度为100～850微米。电解液配比为2.6M Mg(NO3)2和3.6M NaNO2混合电解质中性电解液，并复配5wt％的三己基十四烷基氯化膦∶三正丁基十四烷基氯化膦为摩尔比1∶1的混合添加剂。所组装的镁空气电池在不同倍率的电流密度下的放电曲线是采用Land CT2001A电化学测试系统中分析表征。经电化学测试表明：该材料所组装的镁空气电池的正极电催化膜获得了良好的电池电压平台和放电时间。

Claims (3)

1.一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂的合成方法，其以50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液、一水硫酸锰(MnSO4·H2O)为起始原料，三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物为金属离子螯合剂和结构诱导剂，蒸馏水为反应介质，采用离子液体辅助微波辐射法制备Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料，具体合成方法为：
第一、量取50％硝酸锰(Mn(NO3)2)溶液10～20毫升、称量一水硫酸锰(MnSO4·H2O)0.0500克，将其溶解于100毫升蒸馏水中，配制前驱体溶液；称量三己基十四烷基氯化膦和三正丁基十四烷基氯化膦的离子液体混合物0.2000～2.000克，三己基十四烷基氯化膦：三正丁基十四烷基氯化膦的重量比为1∶1～1∶10；
第二、称量0.0200～0.8782克的高锰酸钾固体，加入20毫升蒸馏水，充分搅拌10分钟，得到均一溶液；
第三、将第一和第二步得到的溶液充分混合，并在磁力搅拌器上高速搅拌15分钟；
第四、将第三步所述混合物置于带有回流冷却装置的微波辐射反应器中，冷却水进口温度为20℃，出口温度为23℃，冷却水流量为0.5L/min，加热功率为100～1000瓦，反应温度为80～150℃，持续反应3～90分钟；
第五、待反应结束后，将所得超细悬浊液灰黑色沉淀用蒸馏水及乙醇溶液分别润洗5～7次，并于80℃恒温环境中干燥14小时，即可制备MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料，MnO2的JCPDS卡片号为2-567，空间群：P42/mnm(no.136)，
第六、将第五步制备的MnO2纳米片和纳米颗粒团聚的前驱体纳米材料，在空气气氛的马弗炉中500～1200℃烧结1～12小时，经与氧气反应完成物相和形貌的转化过程后，便得到了Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体。
2.根据权利要求1所述一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂的合成方法，其特征在于：所述Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体经X射线衍射分析测试鉴定：Mn3O4的物相为JCPDS卡片号1-1127、空间群：I41/amd(no.141)，而Mn2O3的物相为JCPDS 卡片号1-1061、空间群：Ia-3(no.206)，经SEM测试表明其边长为100～400纳米的立方体，形貌尺寸规整。
3.根据权利要求1所述一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂的合成方法，其特征在于：所述镁空气电池的空气电极是由防水透气层和电催化导电层压制而成，按照顺序依次为防水透气层、集流网及电催化导电层；而防水透气层是将乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、硫酸钠均匀混合，用机械搅拌浆搅拌原料成糊状，再经压密后得到防水透气膜，厚度为100～850微米；电催化剂是Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化材料、高比表面积乙炔黑、聚四氟乙烯乳液均匀混合，其重量比为5∶4∶1；并机械搅拌20min后，使用压片机用2MPa压力压密1min后成表面光滑、密度均一的电催化膜，厚度为100～850微米；电解液配比为2.6M Mg(NO3)2和3.6M NaNO2混合电解质中性电解液，并复配1～15wt％的三己基十四烷基氯化膦：三正丁基十四烷基氯化膦为摩尔比1∶1的混合添加剂；所组装的镁空气电池在不同倍率电流密度下的放电曲线是采用Land CT2001A电化学测试系统中测试表征；经电化学测试表明：该材料所组装的镁空气电池的正极电催化膜获得了良好的电池电压平台和放电时间。
CN201511003313.3A 2015-12-30 2015-12-30 一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成 Expired - Fee Related CN105655602B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511003313.3A CN105655602B (zh) 2015-12-30 2015-12-30 一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511003313.3A CN105655602B (zh) 2015-12-30 2015-12-30 一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105655602A CN105655602A (zh) 2016-06-08
CN105655602B true CN105655602B (zh) 2018-01-26

Family

ID=56478022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511003313.3A Expired - Fee Related CN105655602B (zh) 2015-12-30 2015-12-30 一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105655602B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107565138B (zh) * 2017-07-13 2019-12-03 天津理工大学 一种锂二氧化碳电池正极催化剂Mn2O3的制备方法
CN111933932B (zh) * 2020-08-10 2023-08-29 苏州科技大学 一种锌离子电池中原位复合特定晶面生长ZnV2O6/GN-SWCNTS材料的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101134574A (zh) * 2007-07-27 2008-03-05 广东工业大学 采用模板剂改进的回流法制备锰八面体分子筛的方法
CN102476831A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 中国科学院大连化学物理研究所 一种合成oms-2型氧化锰八面体分子筛的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101134574A (zh) * 2007-07-27 2008-03-05 广东工业大学 采用模板剂改进的回流法制备锰八面体分子筛的方法
CN102476831A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 中国科学院大连化学物理研究所 一种合成oms-2型氧化锰八面体分子筛的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Facile Synthesis of Mn3O4−Reduced Graphene Oxide Hybrids for Catalytic Decomposition of Aqueous Organics;Yunjin Yao等;《Industrial & Engineering Chemistry Research》;20130125;第52卷;第3637-3645页 *
Synergistic Catalyst−Support Interactions in a Graphene−Mn3O4 Electrocatalyst for Vanadium Redox Flow Batteries;Andinet Ejigu等;《ACS Catalysis》;20151021;第5卷;第7122-7130页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105655602A (zh) 2016-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105895886A (zh) 一种钠离子电池过渡金属磷化物/多孔碳负极复合材料及其制备方法
CN107739058A (zh) 自组装菱形花簇四氧化三钴纳米材料的制备方法及其产品和应用
Huang et al. Hierarchical CoFe LDH/MOF nanorods array with strong coupling effect grown on carbon cloth enables efficient oxidation of water and urea
CN107739023A (zh) 一种多面体双金属氧化物及其制备方法和用途
CN106048650A (zh) 3d多孔电极的制备方法及其在电化学析氢反应中的应用
CN108767216A (zh) 具有变斜率全浓度梯度的锂离子电池正极材料及其合成方法
CN106025178B (zh) 一种以mof为模板制备金属氧化物的方法及其在锂电池负极材料中的应用
CN105118691B (zh) 泡沫镍担载钴酸亚铁亚微米管电极材料及其制备方法
CN108927177A (zh) 石墨烯负载二硫化钴颗粒复合材料、制备方法及其用途
CN109107591A (zh) 一种过渡金属磷化物纳米片的制备方法及其所得纳米片和应用
CN101851010B (zh) 一种过渡金属硫化物的合成方法
CN105355910A (zh) 一种锂离子电池正极材料球形镍钴铝酸锂的制备方法
CN107460496A (zh) 涂渍型镍掺杂硫化铁/碳复合材料电极的制备方法
CN109898097A (zh) 浸渍型单原子铁-碳层修饰镍基或钴基复合材料电极的制备方法及其应用
Yang et al. Electrochemical deposition of CeO2 nanocrystals on Co3O4 nanoneedle arrays for efficient oxygen evolution
CN105655602B (zh) 一种镁空气电池用Mn2O3和Mn3O4混合物相的纳米立方体电催化剂设计合成
CN110655120B (zh) 介孔球状钴酸镍纳米材料的制备方法
CN105197967B (zh) 一种负载过渡金属氧化物的花状氧化镁的制备方法
CN105206816B (zh) 一种硫化镍‑石墨烯纳米复合材料的制备方法
CN109768293A (zh) 纳米级锡氮碳材料、其制备方法及作为碱性条件下氧气还原电催化剂的应用
CN105655670B (zh) 一种镁空气电池用氧化锰超长纳米线/石墨烯电催化剂可控制备方法
CN104617290B (zh) 一种制备Fe2O3纳米带及其与碳的复合材料的均匀沉淀方法
CN106825553A (zh) 一种钴‑氮‑碳核壳杂化空心多孔碳球的制备方法
CN105870416A (zh) 一种高倍率橄榄石型磷酸盐纳米薄片正极材料及其制备方法
CN109755028A (zh) 一种应用于超级电容器的硒化镍/氢氧化镍复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Chunsheng

Inventor after: Sun Yan

Inventor after: Liu Haitao

Inventor after: Li Yuanliang

Inventor after: Zhang Yu

Inventor after: Ma Xuegang

Inventor after: Wang Lina

Inventor before: Li Chunsheng

Inventor before: Sun Yan

Inventor before: Ma Xuegang

Inventor before: Wang Lina

Inventor before: Feng Jia

Inventor before: Mao Xiaoliang

Inventor before: Wang Tong

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180126

Termination date: 20181230

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee