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专利号: 2020112150772
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2025-12-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高性能金属‑空气电池正极催化剂,其特征在于,所述催化剂由过渡金属氮化物‑过渡金属氧化物异质颗粒(MNx‑MOy)和介孔结构碳基体(C)构成,所述异质颗粒以纳米粒子的形态分散于介孔结构碳基体中,异质颗粒的尺寸为20‑80nm,占催化剂总质量的10‑

50%;所述异质颗粒由过渡金属的氮化物和氧化物两种成分组成,其中氧化物占异质颗粒总质量的10‑100%;且通过以下制备步骤获得:(1)介孔碳的表面官能团化处理

将介孔碳分散在强酸溶液中,搅拌0.5‑2h,使强酸溶液充分浸入介孔结构中;将所得分散液置于反应釜中在100‑200℃下保持2‑6h,自然冷却之后,将强酸溶液处理后的介孔碳离心分离出来,用水和乙醇离心清洗干净,真空干燥,获得表面官能团化的介孔碳;

n+ n+

(2)过渡金属离子M 和过渡金属氨配离子M(NH3)m 在介孔碳上的共吸附‑1

将上一步所得表面官能团化的介孔碳浸入浓度为1‑10mmol L 的过渡金属盐的水溶液中,搅拌0.5‑4h,将如此处理过的介孔碳用水离心洗涤之后重新分散在水中,随后加入浓度为25%‑28%的氨水并搅拌0.5‑2h,然后分别用水和乙醇离心清洗干净,将所得产物真空干n+ n+ n+ n+

燥,获得吸附有大量M 和M(NH3)m 的介孔碳,即M(NH3)m &M /C;

(3)热处理获得MNx‑MOy/C复合材料n+ n+

将上一步所得M(NH3)m &M /C在惰性气氛或真空条件下煅烧,获得过渡金属氮化物‑过渡金属氧化物异质颗粒高度分散于介孔碳基体中的复合材料MNx‑MOy/C。

2.根据权利要求1所述高性能金属‑空气电池正极催化剂,其特征在于,所述过渡金属为Co、Ni或Cu。

3.一种如权利要求1或2所述高性能金属‑空气电池正极催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)介孔碳的表面官能团化处理

将介孔碳分散在强酸溶液中,搅拌0.5‑2h,使强酸溶液充分浸入介孔结构中;将所得分散液置于反应釜中在100‑200℃下保持2‑6h,自然冷却之后,将强酸溶液处理后的介孔碳离心分离出来,用水和乙醇离心清洗干净,真空干燥,获得表面官能团化的介孔碳;

n+ n+

(2)过渡金属离子M 和过渡金属氨配离子M(NH3)m 在介孔碳上的共吸附‑1

将上一步所得表面官能团化的介孔碳浸入浓度为1‑10mmol L 的过渡金属盐的水溶液中,搅拌0.5‑4h,将如此处理过的介孔碳用水离心洗涤之后重新分散在水中,随后加入浓度为25%‑28%的氨水并搅拌0.5‑2h,然后分别用水和乙醇离心清洗干净,将所得产物真空干n+ n+ n+ n+

燥,获得吸附有大量M 和M(NH3)m 的介孔碳,即M(NH3)m &M /C;

(3)热处理获得MNx‑MOy/C复合材料n+ n+

将上一步所得M(NH3)m &M /C在惰性气氛或真空条件下煅烧,获得过渡金属氮化物‑过渡金属氧化物异质颗粒高度分散于介孔碳基体中的复合材料MNx‑MOy/C。

4.根据权利要求3所述高性能金属‑空气电池正极催化剂的制备方法,其特征在于,步‑1

骤(1)所述强酸溶液为0.5‑2mol L 的硝酸溶液。

5.根据权利要求3所述高性能金属‑空气电池正极催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)和(2)中所述真空干燥的温度为40‑90℃,时间为6‑24h。

6.根据权利要求3所述高性能金属‑空气电池正极催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述过渡金属盐为过渡金属的氯化物或硝酸盐。

7.根据权利要求3所述高性能金属‑空气电池正极催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述煅烧的方法是:以0.5‑10℃/min的速率从室温升至600‑800℃,保温1‑4h,自然冷却至室温。

8.根据权利要求3所述高性能金属‑空气电池正极催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述惰性气氛为N2气氛。

9.根据权利要求3所述高性能金属‑空气电池正极催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述介孔碳在硝酸水溶液中的浓度为3‑10mg/mL;步骤(2)所述表面官能团化的介孔碳、过渡金属盐的水溶液、氨水的用量比为1‑10mg:1‑5mL:1mL。