[发明专利]一种氧还原和析氧双效电催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别是涉及一种氧还原和析氧双效电催化剂及其制备方法。

背景技术

一体式可再生燃料电池(URFC)是可再生燃料电池中最先进的一种，它是在同一组件上既可以实现燃料电池(FC)功能又可以实现水电解(WE)功能的储能和供电系统，具有能量密度高、使用寿命长、使用中无自放电且无放电深度及电池容量的限制等优点，是极有希望在空间、军事及可移动电源领域替代传统二次电池的储能系统。催化剂层作为URFC的重要组成部分，要求对氧还原(ORR)和氧析出(OER)都有较高的电催化活性。Pt、Ru等贵金属及其合金是现在最好的双效电催化剂，但是由于其价格昂贵、资源匮乏，而大大限制了它们商业化的应用，因此开发性能优异的非贵金属双效电催化剂具有重要的意义。现在已经报道的非贵金属双效电催化剂主要为金属氧化物、钙钛矿、尖晶石等材料。例如，Y. Kiros等人(Y. Kiros, et al. Electrochimica Acta, 47: 1651–1660, 2002)采用共沉淀的方法制备出Ca掺杂的La_xCa_1-xCoO₃材料，并考察了不同掺杂量对电催化性能的影响。Benoit Marsan等人(Benoit Marsan, et al. Electrochimica Acta, 53: 7012–7021, 2008)通过控制起始投料比，用溶胶凝胶法合成出前驱体，然后经焙烧得到了Mn_xCu_1-xCo₂O₄尖晶石材料，并将其用于双效电催化剂。虽然这些材料各具优点，但仍存在或者性能不够理想，或者制备工艺比较复杂，不适合大规模生产等问题。 

层状复合金属氢氧化物((Layered Double Hydroxides，简写为LDHs，又称水滑石)是一类典型的阴离子型层状材料，其主体层板化学组成、层间阴离子种类等均具有可调控性。LDHs经高温煅烧处理，可在相对较低的焙烧温度和较短的焙烧时间下得到一系列不同组成的尖晶石型复合金属氧化物功能材料。这些复合金属氧化物材料具有组分可调、成分均匀等特点，从而大幅度提高其物理化学性能，在磁学材料、光催化等领域显示出良好的应用前景，但其在氧还原和析氧双效电催化剂领域的应用研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧还原和析氧双效电催化剂及其制备方法，克服了现有ORR和OER双效电催化剂中的不足，该催化剂具有比表面积高，制备方法简单，双效氧催化效果较好等优点。

本发明的催化剂是以钴锰水滑石为前驱体，经高温焙烧后得到片状Co₃O₄和Co₂MnO₄的复合纳米材料，Co₂MnO₄和Co₃O₄物质的量的比为1.5～3，片的直径为50～80 nm。

本发明双效电催化剂制备步骤如下：