CN110098412A - 一种电池催化剂制备方法和应用 - Google Patents
一种电池催化剂制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110098412A CN110098412A CN201910414903.7A CN201910414903A CN110098412A CN 110098412 A CN110098412 A CN 110098412A CN 201910414903 A CN201910414903 A CN 201910414903A CN 110098412 A CN110098412 A CN 110098412A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- noble metal
- solution
- preparation
- composite granule
- magnesium
- 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.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 37
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 118
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 72
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 61
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 53
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 39
- QTJOIXXDCCFVFV-UHFFFAOYSA-N [Li].[O] Chemical compound [Li].[O] QTJOIXXDCCFVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000003303 reheating Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Natural products CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical group O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 22
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000003960 organic solvent Chemical group 0.000 claims description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 21
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 18
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 18
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 18
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 17
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 17
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 17
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 17
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229960001484 edetic acid Drugs 0.000 claims description 16
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 15
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 11
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 11
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 11
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 11
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 11
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 10
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 8
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 7
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 claims description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000011654 magnesium acetate Substances 0.000 claims description 3
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 claims description 3
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims 1
- XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-N chloric acid Chemical compound OCl(=O)=O XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229940005991 chloric acid Drugs 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 125000005909 ethyl alcohol group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(IV) oxide Inorganic materials O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 10
- -1 magnesia compound Chemical class 0.000 description 10
- QOBLJVUECBDJGF-UHFFFAOYSA-N [Mg].CC(O)=O Chemical compound [Mg].CC(O)=O QOBLJVUECBDJGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 7
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 4
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- HIXDQWDOVZUNNA-UHFFFAOYSA-N 2-(3,4-dimethoxyphenyl)-5-hydroxy-7-methoxychromen-4-one Chemical compound C=1C(OC)=CC(O)=C(C(C=2)=O)C=1OC=2C1=CC=C(OC)C(OC)=C1 HIXDQWDOVZUNNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 description 2
- KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N Peracetic acid Chemical compound CC(=O)OO KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 235000009508 confectionery Nutrition 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N iridium(IV) oxide Inorganic materials O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 235000011147 magnesium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- 229910001558 CF3SO3Li Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000248349 Citrus limon Species 0.000 description 1
- 244000131522 Citrus pyriformis Species 0.000 description 1
- 208000032953 Device battery issue Diseases 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZPNGKIMYELPMNK-UHFFFAOYSA-L O.[Cl-].[Ra+2].[Cl-] Chemical compound O.[Cl-].[Ra+2].[Cl-] ZPNGKIMYELPMNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- GWZHWRVINLCSIC-UHFFFAOYSA-N [Ir].[N+](=O)(O)[O-] Chemical compound [Ir].[N+](=O)(O)[O-] GWZHWRVINLCSIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SPDCFZAAMSXKTK-UHFFFAOYSA-N acetic acid;ruthenium Chemical compound [Ru].CC(O)=O SPDCFZAAMSXKTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000022131 cell cycle Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 125000003630 glycyl group Chemical group [H]N([H])C([H])([H])C(*)=O 0.000 description 1
- DKAGJZJALZXOOV-UHFFFAOYSA-N hydrate;hydrochloride Chemical compound O.Cl DKAGJZJALZXOOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HPGPEWYJWRWDTP-UHFFFAOYSA-N lithium peroxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][O-] HPGPEWYJWRWDTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N methane;molecular oxygen Chemical compound C.O=O CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002940 palladium Chemical class 0.000 description 1
- 229910003445 palladium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- MUJIDPITZJWBSW-UHFFFAOYSA-N palladium(2+) Chemical compound [Pd+2] MUJIDPITZJWBSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L palladium(II) chloride Chemical compound Cl[Pd]Cl PIBWKRNGBLPSSY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N palladium(ii) nitrate Chemical compound [Pd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ACDVNLCTXBOVNW-UHFFFAOYSA-L platinum(2+);dichloride;hydrate Chemical class O.Cl[Pt]Cl ACDVNLCTXBOVNW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- BIXNGBXQRRXPLM-UHFFFAOYSA-K ruthenium(3+);trichloride;hydrate Chemical compound O.Cl[Ru](Cl)Cl BIXNGBXQRRXPLM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- SDLBJIZEEMKQKY-UHFFFAOYSA-M silver chlorate Chemical compound [Ag+].[O-]Cl(=O)=O SDLBJIZEEMKQKY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- GGCZERPQGJTIQP-UHFFFAOYSA-N sodium;9,10-dioxoanthracene-2-sulfonic acid Chemical compound [Na+].C1=CC=C2C(=O)C3=CC(S(=O)(=O)O)=CC=C3C(=O)C2=C1 GGCZERPQGJTIQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- DANYXEHCMQHDNX-UHFFFAOYSA-K trichloroiridium Chemical compound Cl[Ir](Cl)Cl DANYXEHCMQHDNX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/44—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/462—Ruthenium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/464—Rhodium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/468—Iridium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/50—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/52—Gold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- 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
- H01M4/92—Metals of platinum group
-
- 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
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种电池催化剂的制备方法和应用,该制备方法包括以下步骤:制备含有贵金属和镁离子的混合液;向混合液中加入络合剂,制备得到络合溶液;蒸发络合溶液中的可挥发性溶剂,得到含有贵金属和镁离子的凝胶;热处理凝胶得到泡沫状前驱体,二次加热处理得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体;将贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体加入刻蚀用酸溶液中,搅拌后得到浑浊液;从浑浊液中提取贵金属粉体或贵金属氧化物粉体。由本发明制备的超细单分散纳米粉体颗粒尺寸可控,颗粒尺寸均一,催化活性高,是理想的锂氧电池催化剂材料。本发明提供的制备方法具有工艺简单、成本低廉、有利于规模化生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及二次电池,尤其是一种用于二次电池的贵金属或贵金属氧化物催化剂制备方法和应用。
背景技术
锂氧电池具有超高能量密度,其理论能量密度与汽油能量密度相当,其实际能量密度也可数倍于现有锂离子电池,有望用作电动汽车储能电池,同时也可以用作固定储能电站电池。锂氧电池单电池通常由锂负极,电解质和氧电极正极三部分构成。碳材料因为具有低成本,高电子电导率和高催化活性等特点,是目前主要氧电极催化剂材料。遗憾的是,碳材料与锂氧电池中目标产物过氧化锂(Li2O2)化学不相容,能够自发发生化学反应生成碳酸锂。值得注意的是,生成碳酸锂的过程。本身是一个消耗碳电极的过程。碳电极的消耗导致电池能量密度下降。此外,在锂氧电池充电过程中,生成的碳酸锂分解电位很高且很难完全分解。越积越多的碳酸锂会阻塞电极,最终导致电池失效。因此,使用碳材料作为氧电极,会给锂氧电池带来三个方面问题:放电容量低,充放电过电位高(能量转换效率低)和循环性能差(寿命短)。研发高性能非碳氧电极,对锂氧电池实现商业化应用具有现实意义。
作为非碳电极的催化剂材料必须具有高电子电导率、高催化活性和高结构稳定性等特点。Ru、Pd、Ir、Ag、Pt、Au和Rh(钌、钯、铱、银、铂、金、铑)等贵金属和其对应金属氧化物在室温具有金属导电性。此外,这些贵金属元素外层电子并没有完全填满轨道,这一特性赋予贵金属和其对应金属氧化物高催化活性。研究表明,贵金属和其金属氧化物是理想的锂氧电池非碳电极材料。值得注意的是,催化反应通常发生在催化剂材料表面。因此,催化剂比表面积越大,催化性能越高。制备获得高比表面积超细贵金属和其对应金属氧化物催化剂对于实现锂氧电池商业化具有重要意义。
对于碳材料而言,已经有很成熟的规模化材料制备工艺,能够制备得到高比表面积碳材料。例如超级导电炭黑(Super P)和碳纳米管(CNT)比表面积都在100g/m2以上。高比表面积金属和金属氧化物纳米材料制备技术主要包括:水热法,模板法,静电纺丝和电沉积法。这些方法存在着一些弊端和局限性:合成条件苛刻难以控制,粉体产率低和成本高。这些方法适用于实验室研究,不适合工业化生产。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足,提供一种超细、单分散贵金属和贵金属氧化物催化剂制备方法与应用,该超细单分散贵金属(氧化物)催化剂可作为高性能储能电池催化剂材料,尤其适用于用作锂氧(空气)电池阴极催化剂。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种电池催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、使用贵金属盐和镁盐,制备含有贵金属和镁离子的混合液;
S2、将含有贵金属和镁离子的混合液中加入络合剂,制备得到络合溶液;
S3、蒸发含有贵金属和镁离子络合溶液中的可挥发性溶剂,得到含有贵金属和镁离子的凝胶;
S4、热处理所述凝胶得到泡沫状前驱体,对所述前驱体进行二次加热处理得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体;
S5、将贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体加入刻蚀用酸溶液中,搅拌后得到浑浊液;
S6、从所述浑浊液中提取贵金属粉体或贵金属氧化物粉体。
进一步地:
所述贵金属为钌Ru、钯Pd、铱Ir、银Ag、铂Pt、金Au和铑Rh中的任一种。
所述镁盐为硝酸镁、醋酸镁、氯化镁、硫酸镁中的任一种。
所述刻蚀用酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、氢氟酸、甲酸、高氯酸中的任一种。
步骤S1包括:
S11、将贵金属盐溶解于去离子水或有机溶剂中形成溶液A;
S12、将镁盐溶解于所述溶液A中,形成溶液B,其中镁与贵金属的摩尔比例为0.5:1-1:30;
S13、称取适量络合剂溶解于溶液B中,形成所述混合液,其中络合剂与贵金属和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。
所述有机溶剂为乙醇、乙醚、丙酮、氯仿中的任一种或是两种以上的组合。
所述络合剂为蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸、甘氨酸、聚乙烯吡咯烷酮中的任一种。
步骤S3中,将所述络合溶液搅拌加热干燥得到所述凝胶;步骤S4中,将所述凝胶于100-300℃热处理得到所述泡沫状前驱体,再将所述泡沫状前驱体于400-600摄氏度热处理2-24h,升温速率0.5-10℃/min,后得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。
步骤S3中,将所述络合溶液置于磁力加热搅拌器上,加热蒸发部分水分或有机溶剂后,得到所述凝胶;步骤S4中,将所述凝胶置于鼓风干燥烘箱于100-300摄氏度热处理4-24h,得到所述泡沫状前驱体;将所述泡沫状前驱体置于空气马弗炉中进行所述热处理得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。
步骤S4包括:从所述浑浊液离心收集所述贵金属粉体或贵金属氧化物/粉体,然后用去离子水和酒精分别离心洗涤所述贵金属粉体或贵金属氧化物粉体。
一种用于制备电池催化剂的材料,所述材料是贵金属或贵金属氧化物镶嵌于氧化镁基体中形成的贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。
一种将使用所述的制备方法制备的贵金属粉体或贵金属氧化物粉体用作电池催化剂的应用,优选地,是用作锂-氧电池氧电极催化剂以制作锂-氧电池氧电极的应用。
本发明具有如下有益效果:
本发明提出了一种电池催化剂的制备方法,将贵金属盐和镁盐采用溶胶凝胶法制备得到贵金属或贵金属氧化物镶嵌于氧化镁基体中的贵金属/氧化镁复合物或贵金属氧化物/氧化镁复合物;再将贵金属/氧化镁复合物或贵金属氧化物/氧化镁复合物加入刻蚀用酸溶液中。基于氧化镁和贵金属/贵金属氧化物在酸中溶解度的不同,通过刻蚀用酸溶液充分溶解氧化镁,而贵金属或是贵金属氧化物在醋酸溶液中溶解度极低或是不溶解,通过将氧化镁选择性腐蚀溶解,能够得到超细、单分散的贵金属或贵金属氧化物。通过调节贵金属或是贵金属氧化物与氧化镁比例,可以制备得到不同尺寸大小的贵金属或是贵金属氧化物纳米粉体。本发明提供的制备方法,能够制备得到超细、单分散、高比表面积贵金属和贵金属氧化物纳米材料。由本发明制备的超细单分散纳米粉体颗粒尺寸可控,颗粒尺寸均一,催化活性高,是理想的锂氧电池催化剂材料。此外,本发明提供的制备方法具有工艺简单、成本低廉、有利于规模化生产等优点。值得注意的是,在本发明制备工艺中,溶解后镁盐经过浓缩结晶可以实现循环利用。在整个粉体制备流程中,用于形成溶胶的助剂,如廉价的络合剂是主要消耗品。
综上,本发明提供了一种低成本可控制备超细、单分散贵金属和贵金属氧化物粉体方法。本发明提出的粉体制备方法主要为工艺简单的溶胶凝胶法,适用于规模化量产制备纳米粉体。
附图说明
图1为本发明实施例中RuO2/MgO复合粉体以及超细RuO2粉体的XRD图。
图2为本发明实施例中超细RuO2粉体TEM图。
图3为本发明实施例中使用RuO2做催化剂锂-氧电池充放电曲线图。
图4为本发明实施例中使用RuO2做催化剂锂-氧电池循环性能图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
在一种实施例中,一种电池催化剂的制备方法,包括以下步骤:
一种电池催化剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、使用贵金属盐和镁盐,制备含有贵金属和镁离子的混合液;
S2、将含有贵金属和镁离子的混合液中加入络合剂,制备得到络合溶液;
S3、蒸发含有贵金属和镁离子络合溶液中的可挥发性溶剂,得到含有贵金属和镁离子的凝胶;
S4、热处理所述凝胶得到泡沫状前驱体,对所述前驱体进行二次加热处理得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体;
S5、将贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体加入刻蚀用酸溶液中,搅拌后得到浑浊液;
S6、从所述浑浊液中提取贵金属粉体或贵金属氧化物粉体。
在不同的实施例中,所述贵金属可以为钌Ru、钯Pd、铱Ir、银Ag、铂Pt、金Au和铑Rh中的任一种。
在不同的实施例中,所述镁盐可以为硝酸镁、醋酸镁、氯化镁、硫酸镁中的任一种。
所述刻蚀用酸溶液可以为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、氢氟酸、甲酸、高氯酸中的任一种。
在优选的实施例中,步骤S1包括:
S11、将贵金属盐溶解于去离子水或有机溶剂中形成溶液A;
S12、将镁盐溶解于所述溶液A中,形成溶液B,其中镁与贵金属的摩尔比例为0.5:1-1:30;
S13、称取适量络合剂溶解于溶液B中,形成所述混合液,其中络合剂与贵金属和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。
在不同的实施例中,所述有机溶剂可以为乙醇、乙醚、丙酮、氯仿中的任一种或是两种以上的组合。
在不同的实施例中,所述络合剂可以为蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸、甘氨酸、聚乙烯吡咯烷酮中的任一种。
在优选的实施例中,步骤S3中,将所述络合溶液搅拌加热干燥得到所述凝胶;步骤S4中,将所述凝胶于100-300℃热处理得到所述泡沫状前驱体,再将所述泡沫状前驱体于400-600摄氏度热处理2-24h,升温速率0.5-10℃/min,后得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。
在更优选的实施例中,步骤S3中,将所述络合溶液置于磁力加热搅拌器上,加热蒸发部分水分或有机溶剂后,得到所述凝胶;步骤S4中,将所述凝胶置于鼓风干燥烘箱于100-300摄氏度热处理4-24h,得到所述泡沫状前驱体;将所述泡沫状前驱体置于空气马弗炉中进行所述热处理得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。在优选的实施例中,步骤S4包括:从所述浑浊液离心收集所述贵金属粉体或贵金属氧化物/粉体,然后用去离子水和酒精分别离心洗涤所述贵金属粉体或贵金属氧化物粉体。
在另一种实施例中,一种用于制备电池催化剂的材料,所述材料是贵金属或贵金属氧化物镶嵌于氧化镁基体中形成的贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。所述材料可以采用前述电池催化剂的制备方法中的步骤S1-S2制备得到。
在又一种实施例中,一种将使用所述的制备方法制备的贵金属粉体或贵金属氧化物粉体用作电池催化剂的应用,优选地,是用作锂-氧电池氧电极催化剂以制作锂-氧电池氧电极的应用。
实施例1
超细单分散RuO2制备方法:
将水合氯化钌(亦或是醋酸钌等含钌盐)溶解于去离子水或是有机溶剂(乙醇,乙醚,丙酮,氯仿等)中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与钌离子摩尔比例为0.5:1-1:10。称取适量蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮等有机络合剂)溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)与钌和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分(亦或是有机溶剂)后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干4-24h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于400-600摄氏度热处理2-24h(升温速率0.5-10℃/min)后得到氧化钌/氧化镁复合粉体F。将氧化钌/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌0.5-10h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集RuO2粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤RuO2粉体。最终得到超细单分散RuO2目标粉体。
实施例2
超细单分散PdO制备方法:
将氯化钯(亦或是硝酸钯等钯盐)溶解于去离子水或是有机溶剂(乙醇,乙醚,丙酮等)中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与钯离子摩尔比例为0.5:1-1:10。称取适量蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)与钯和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分(亦或是有机溶剂)后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干4-24h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于400-600摄氏度热处理2-24h(升温速率0.5-10℃/min)后得到氧化钯/氧化镁复合粉体F。将氧化钯/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌0.5-10h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集PdO粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤PdO粉体。最终得到超细单分散PdO目标粉体。
实施例3
超细单分散IrO2制备方法:
将氯化铱(亦或是硝酸铱等含铱盐)溶解于去离子水或是有机溶剂(乙醇,乙醚,丙酮等)中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与铱离子摩尔比例为0.5:1-1:10。称取适量蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)与铱和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分(亦或是有机溶剂)后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干4-24h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于400-600摄氏度热处理2-24h(升温速率0.5-10℃/min)后得到氧化铱/氧化镁复合粉体F。将氧化铱/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌0.5-10h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集IrO2粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤IrO2粉体。最终得到超细单分散IrO2目标粉体。
实施例4
超细单分散Ag制备方法:
将硝酸银(亦或是氯化银等含银盐)溶解于去离子水或是有机溶剂(乙醇,乙醚,丙酮等)中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与银离子摩尔比例为0.5:1-1:10。称取适量蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)与银和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分(亦或是有机溶剂)后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干4-24h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于400-600摄氏度热处理2-24h(升温速率0.5-10℃/min)后得到银/氧化镁复合粉体F。将银/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌0.5-10h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集Ag粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤Ag粉体。最终得到超细单分散Ag目标粉体。
实施例5
超细单分散Pt制备方法:
将四氨合氯化铂水合物(亦或是其它含铂盐)溶解于去离子水或是有机溶剂(乙醇,乙醚,丙酮等)中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与铂离子摩尔比例为0.5:1-1:10。称取适量蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)与铂和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分(亦或是有机溶剂)后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干4-24h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于400-600摄氏度热处理2-24h(升温速率0.5-10℃/min)后得到铂/氧化镁复合粉体F。将铂/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌0.5-10h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集Pt粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤Pt粉体。最终得到超细单分散Pt目标粉体。
实施例6
超细单分散Au制备方法:
将氯化金水合物(亦或是其它含金盐)溶解于去离子水或是有机溶剂(乙醇,乙醚,丙酮等)中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与金离子摩尔比例为0.5:1-1:10。称取适量蔗糖,或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)与金和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分(亦或是有机溶剂)后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干4-24h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于400-600摄氏度热处理2-24h(升温速率0.5-10℃/min)后得到金/氧化镁复合粉体F。将金/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌0.5-10h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集Au粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤Au粉体。最终得到超细单分散Au目标粉体。
实施例7
超细单分散Rh制备方法:
将氯化铑水合物(亦或是其它含铑盐)溶解于去离子水或是有机溶剂(乙醇,乙醚,丙酮等)中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与铑离子摩尔比例为0.5:1-1:10。称取适量蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,蔗糖(亦或是柠檬酸,或是乙二胺四乙酸,或是甘氨酸,或是聚乙烯吡咯烷酮)与铑和镁离子总摩尔浓度比值为1:05-1:10。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分(亦或是有机溶剂)后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干4-24h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于400-600摄氏度热处理2-24h(升温速率0.5-10℃/min)后得到铑/氧化镁复合粉体F。将铑/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌0.5-10h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集Rh粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤Rh粉体。最终得到超细单分散Rh目标粉体。
实施例8
基于贵金属的锂-氧电池氧电极制备:
将贵金属或是贵金属氧化物催化剂,碳纳米管(CNT)导电剂和聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂按照6:3:1比例加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中,搅拌混匀6小时得到浆料A。将多孔不锈钢基板浸渍于浆料A中10s中,提拉得到不锈钢负载电极。将不锈钢负载电极置于真空烘箱中于110摄氏度烘干12小时得到锂-氧电池氧电极。
实例
超细单分散RuO2及锂-氧电极制备:
将三水合氯化钌溶解于去离子水中形成溶液A,称取适量醋酸镁溶解于溶液A中,形成溶液B。其中,镁与钌离子摩尔比例为4:1。称取适量柠檬酸溶解于溶液B中,形成溶液C。其中,柠檬酸与钌和镁离子总摩尔浓度比值为1.2:1。将溶液C至于磁力加热搅拌器上,加热蒸发水分后,得到凝胶D。将D置于200摄氏度鼓风干燥烘箱烘干10h,得到泡沫状前驱体E。将E适当研磨后,至于空气马弗炉中,于500摄氏度热处理4h后得到氧化钌/氧化镁复合粉体F。将氧化钌/氧化镁复合粉体F溶于醋酸溶液中搅拌1h后,得到浑浊液G。将G溶液离心收集RuO2粉体。然后用去离子水和酒精分别离心洗涤RuO2粉体。最终得到超细单分散RuO2目标粉体。
将RuO、碳纳米管(CNT)导电剂和聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂按照7:2:1比例溶解于加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中,搅拌混匀6小时得到浆料A。将多孔不锈钢基板浸渍于浆料A中10s中,提拉得到不锈钢负载电极。将不锈钢负载电极置于真空烘箱中于110摄氏度烘干12小时得到锂-氧电池氧电极。
以RuO2/CNT为氧电极,Whatman GF/D玻璃纤维为隔膜,CF3SO3Li/TEGDME为电解液,Li片为正极,进而组装电池,并对电池进行电化学性能测试。图1中,(a)为实施例中采用溶胶凝胶法制备得到的RuO2/MgO复合粉体XRD谱图。从图1中(a)可以看出,采用本专利方法可以制备得到RuO2/MgO双相粉体。图1中,(b)为经过醋酸处理过后得到的超细RuO2粉体XRD谱图。从图1中(b)中可以看出,醋酸能够选择性刻蚀MgO保留RuO2,最终得到RuO2超细粉体。图2为超细RuO2粉体TEM图。从图中可以看出,采用本发明专利制备得到的超细RuO2粒径在5nm左右。图3为实施例中使用RuO2做催化剂锂-氧电池充放电曲线图。从图中可以看出,超细RuO2催化剂赋予锂-氧电池3077mAh/g高放电容量。值得注意的是,使用碳材料作为氧电极催化剂时锂-氧电池充电电位一般在4.1V以上。使用本发明制备得到的超细RuO2作为氧电极催化剂,锂-氧电池充电平均电位仅为3.8V,说明本发明制备得到的超细RuO2具有明显优于传统碳材料的高催化活性。低的充放电过电位意味着高的能量转化效率。图4为实施例中使用RuO2做催化剂锂-氧电池限容循环性能图。从图中可以看出,该锂-氧电池以500mAh/g为限容容量,在200mA/g电流密度下能够稳定循环100圈。出色的循环性能说明本发明制备得到的RuO2催化剂在锂-氧电池运行过程中结构保持稳定。使用本发明制备得到的超细RuO2作为氧电极催化剂,锂-氧电池副反应得到明显抑制。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电池催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、使用贵金属盐和镁盐,制备含有贵金属和镁离子的混合液;
S2、将含有贵金属和镁离子的混合液中加入络合剂,制备得到络合溶液;
S3、蒸发含有贵金属和镁离子络合溶液中的可挥发性溶剂,得到含有贵金属和镁离子的凝胶;
S4、热处理所述凝胶得到泡沫状前驱体,对所述前驱体进行二次加热处理得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体;
S5、将贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体加入刻蚀用酸溶液中,搅拌后得到浑浊液;
S6、从所述浑浊液中提取贵金属粉体或贵金属氧化物粉体。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述贵金属为钌Ru、钯Pd、铱Ir、银Ag、铂Pt、金Au和铑Rh中的任一种,优选地,所述镁盐为硝酸镁、醋酸镁、氯化镁、硫酸镁中的任一种,优选地,所述刻蚀用酸溶液为浓度经过稀释的盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、氢氟酸、甲酸、高氯酸中的任一种。
3.如权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,步骤S1包括:
S11、将贵金属盐溶解于去离子水或有机溶剂中形成溶液A;
S12、将镁盐溶解于所述溶液A中,形成溶液B,其中镁与贵金属的摩尔比例为0.5:1-1:30;
S13、称取适量络合剂溶解于溶液B中,形成所述混合液,其中络合剂与贵金属和镁离子总摩尔浓度比值为1:0.5-1:10。
4.如权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为乙醇、乙醚、丙酮、氯仿中的任一种或是两种以上的组合。
5.如权利要求3至4任一项所述的制备方法,其特征在于,所述络合剂为蔗糖、柠檬酸、乙二胺四乙酸、甘氨酸、聚乙烯吡咯烷酮中的任一种。
6.如权利要求1至5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤S3中,将所述络合溶液搅拌加热干燥得到所述凝胶;步骤S4中,将所述凝胶于100-300℃热处理得到所述泡沫状前驱体,再将所述泡沫状前驱体于400-600摄氏度热处理2-24h,升温速率0.5-10℃/min,后得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤S3中,将所述络合溶液置于磁力加热搅拌器上,加热蒸发部分水分或有机溶剂后,得到所述凝胶;步骤S4中,将所述凝胶置于鼓风干燥烘箱于100-300摄氏度热处理4-24h,得到所述泡沫状前驱体;将所述泡沫状前驱体置于空气马弗炉中进行所述热处理得到贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。
8.如权利要求1至7任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤S6包括:从所述浑浊液离心收集所述贵金属粉体或贵金属氧化物/粉体,然后用去离子水和酒精分别离心洗涤所述贵金属粉体或贵金属氧化物粉体。
9.一种用于制备电池催化剂的材料,其特征在于,所述材料是贵金属或贵金属氧化物镶嵌于氧化镁基体中形成的贵金属/氧化镁复合粉体或贵金属氧化物/氧化镁复合粉体。
10.一种将使用如权利要求1至8所述的制备方法制备的贵金属粉体或贵金属氧化物粉体用作电池催化剂的应用,优选地,是用作锂-氧电池氧电极催化剂以制作锂-氧电池氧电极的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910414903.7A CN110098412B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种电池催化剂制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910414903.7A CN110098412B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种电池催化剂制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110098412A true CN110098412A (zh) | 2019-08-06 |
CN110098412B CN110098412B (zh) | 2020-09-29 |
Family
ID=67448409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910414903.7A Active CN110098412B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种电池催化剂制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110098412B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113026051A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 中国科学技术大学 | 钌锰氧化物固溶体、其制备方法及作为酸性氧析出反应电催化剂的应用 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102941088A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-27 | 山东天璨环保科技股份有限公司 | 一种同时去除CO、CH、NOx、PM催化剂及其制备方法 |
CN103934040A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-07-23 | 沈阳化工大学 | 一种高选择性、高分散的金属催化剂的制备方法 |
CN104001505A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-27 | 国家纳米科学中心 | 类三明治空心结构金属氧化物@贵金属纳米粒子@金属氧化物催化剂、制备方法及其用途 |
CN104888767A (zh) * | 2014-03-05 | 2015-09-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种贵金属氧化物催化剂及其制备和应用 |
WO2015159582A1 (ja) * | 2014-04-16 | 2015-10-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用触媒の製造方法 |
CN105702973A (zh) * | 2014-11-24 | 2016-06-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种燃料电池用催化剂表面改性的方法 |
CN106992300A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-07-28 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 钯合金催化剂及其制备方法与应用 |
-
2019
- 2019-05-17 CN CN201910414903.7A patent/CN110098412B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102941088A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-27 | 山东天璨环保科技股份有限公司 | 一种同时去除CO、CH、NOx、PM催化剂及其制备方法 |
CN104888767A (zh) * | 2014-03-05 | 2015-09-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种贵金属氧化物催化剂及其制备和应用 |
WO2015159582A1 (ja) * | 2014-04-16 | 2015-10-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用触媒の製造方法 |
CN103934040A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-07-23 | 沈阳化工大学 | 一种高选择性、高分散的金属催化剂的制备方法 |
CN104001505A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-27 | 国家纳米科学中心 | 类三明治空心结构金属氧化物@贵金属纳米粒子@金属氧化物催化剂、制备方法及其用途 |
CN105702973A (zh) * | 2014-11-24 | 2016-06-22 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种燃料电池用催化剂表面改性的方法 |
CN106992300A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-07-28 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 钯合金催化剂及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
GUIJING LI等: "Nanoporous CeO2-Ag catalysts prepared by etching the CeO2/CuO/Ag2O mixed oxides for CO oxidation", 《CORROSION SCIENCE》 * |
LEI SHI等: "Carbon monoxide oxidation on copper manganese oxides prepared by selective etching with ammonia", 《CHINESE JOURNAL OF CATALYSIS》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113026051A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 中国科学技术大学 | 钌锰氧化物固溶体、其制备方法及作为酸性氧析出反应电催化剂的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110098412B (zh) | 2020-09-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104773764B (zh) | 一种三维花状钴酸镍纳米片介孔微球的制备方法 | |
CN107829107B (zh) | 一种石墨烯/碳纳米管负载单分散金属原子复合催化剂及其制备方法和应用 | |
CN104993159B (zh) | 一种双功能催化剂及其制备和在金属空气电池中的应用 | |
CN105688958A (zh) | 多面体形磷化钴/石墨碳杂化材料及其制备方法和应用 | |
CN105289695A (zh) | 一种石墨烯负载Co-N-C氧还原催化剂及其制备方法 | |
CN110518261A (zh) | 氮磷共掺杂碳纳米管包覆钴铁双金属合金原位电极的制备方法 | |
Liang et al. | Highly performing free standing cathodic electrocatalysts for Li-O2 batteries: CoNiO2 nanoneedle arrays supported on N-doped carbon nanonet | |
CN113437314B (zh) | 氮掺杂碳负载低含量钌和Co2P纳米粒子的三功能电催化剂及其制备方法和应用 | |
CN113270597B (zh) | 一种C3N4包覆的碳纳米管负载NiFe双功能氧气电催化剂及其制备方法 | |
CN106935838B (zh) | 制备单向择优生长高电化学活性的磷酸铁锂四元复合材料的方法 | |
CN102380400A (zh) | 直接硼氢化物燃料电池核壳结构阳极催化剂及其制备方法 | |
Ge et al. | Electrocatalytic activity of cobalt phosphide-modified graphite felt toward VO2+/VO2+ redox reaction | |
CN112002886A (zh) | 钾离子电池负极材料金属合金及其制备方法 | |
CN106602087A (zh) | 镍钴锰碳纳米管双功能复合催化剂及其制备方法和应用 | |
CN114477163B (zh) | 铁/氮共掺杂单原子碳催化剂及其制备方法 | |
CN109755600A (zh) | 碳布负载镍钴氧纳米片复合材料及其制备方法和电极的应用 | |
CN109473649A (zh) | 一种钠离子电池复合负极材料及其制备方法 | |
CN115369422A (zh) | 一种低铱电解水催化剂、其制备方法和应用 | |
CN108043437A (zh) | 一种空心SiC载体型Ir-Ru催化剂的制备方法 | |
CN110098412A (zh) | 一种电池催化剂制备方法和应用 | |
Zhao et al. | Space-confined pyrolysis strategy to self-catalyze the growth of carbon nanotube-wrapped Co3O4 electrocatalyst for lithium-O2 batteries | |
CN106848338B (zh) | 一种石墨烯负载Ni基氧化物的催化剂的制备方法 | |
CN112717980B (zh) | 一种复合催化剂及其制备方法和应用 | |
CN108767273A (zh) | 一种以双功能碳催化材料为空气电极的可充电金属-空气电池 | |
CN111686727B (zh) | 一种负载型析氧催化剂及水电解器膜电极的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |