[发明专利]一种锂空气电池用Pt/石墨烯催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂空气电池用催化剂制备方法，特别是一种锂空气电池用Pt/石墨烯催化剂的制备方法。

背景技术

锂空气电池具有能量密度高、体系轻、无毒无污染、价格低廉等优点，具有巨大的应用前景。但是由于催化剂活性、稳定性以及成本问题使得锂空气电池目前难以达到商业化应用的要求。采用合适的催化剂载体或改善载体结构，有利于提高催化剂性能。各类导电碳材料，如碳微球、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管等被用作电催化剂载体，以期改进其稳定性。

石墨烯是具有少于10层石墨分子层状结构的碳材料，比表面积较高(单层石墨烯理论比表面积可达2620m²/g)，可以提供较多的金属活性位。同时，石墨烯表现出很强的量子效应，具有良好的电子传导能力。通过第一原理计算发现，铂簇可以稳定地负载于石墨烯上，而一氧化碳或氢在金属铂颗粒上的吸附能会因为石墨烯的存在而降低，这更利于锂空气电池中的反应。因此，石墨烯非常适合做电催化剂的载体。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂空气电池用的Pt/石墨烯催化剂，这种催化剂使用石墨烯为载体，利用石墨烯特有的量子效应和二维延展性，以提高催化剂的稳定性。通过将氯铂酸和氧化石墨进行共混，使用硼氢化钠或乙二醇作为还原剂进行共还原，通过调节还原时间来控制催化剂的活性，从而制备出具有更高稳定性的锂空气电池催化剂。

一种锂空气电池用Pt/石墨烯催化剂通过以下方法来制备：

A.硼氢化钠还原法：取氧化石墨超声分散于去离子水中形成0.05～1wt％的氧化石墨分散液，加入氯铂酸混合均匀，使铂在铂/石墨烯催化剂中载量为5～50wt％，用0.5～4M氢氧化钾水溶液调节pH值至9～13，加入硼氢化钠及去离子水，其中，硼氢化钠与氧化石墨分散液体积之比为1：1～1：5，去离子水与氧化石墨分散液体积之比为1：1～5：1，还原1～18小时，然后抽滤，并用去离子水洗涤，60～100℃干燥6～24小时，得到一种锂空气电池用的Pt/石墨烯催化剂；

或B.乙二醇还原法：取氧化石墨超声分散于乙二醇中形成0.05wt％～1wt％的氧化石墨分散液，加入氯铂酸混合均匀，使铂在铂/石墨烯催化剂中载量为5～50wt％，用0.5～4M氢氧化钾乙二醇溶液调节pH值至9～13，90～150℃下还原3～12小时，然后抽滤，并用去离子水洗涤，将产物60～100℃干燥6～24小时，得到一种锂空气电池用的Pt/石墨烯催化剂。

本发明的一种锂空气电池用Pt/石里烯催化剂，采用石墨烯为载体，利用石墨烯特有的量子效应在石墨烯表面形成电负中心，在催化剂制备过程中吸附铂粒子，使铂粒子能更稳定地负载于载体表面，不易迁移，提高催化剂的稳定性；同时由于石墨烯很大的比表面积，负载的铂粒子不易相互接触团聚，可以更好地提高和保持催化剂的催化活性。

具体实施方式

本发明的一种锂空气电池用Pt/石墨烯催化剂的电化学活性表面积和稳定性的检测方法是通过在标准三电极体系中进行循环伏安测试完成的。采用铂丝作为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，直径5mm的玻碳电极为工作电极，电解质为0.1mol/L的KOH溶液。测试在CHI760E(上海辰华公司)系统上进行，具体操作过程为：准确称取5mg催化剂粉体，加入50μL的5wt％Nafion(Du Pont公司)溶液，超声分散于1mL去离子水中。移取6μL滴于玻碳电极表面，室温干燥。测试前，先在浸入三电极的KOH体系中通入氩气半小时，以50mV/s的扫描速率在-1.0V到0.2V(SCE)区间内进行多次循环伏安扫描，直至曲线稳定。

实施例1.硼氢化钠还原法

取氧化石墨超声分散于去离子水中形成0.5wt％的氧化石墨分散液2g，加入1.35mg氯铂酸混合均匀，使铂在铂/石墨烯催化剂中载量为5wt％。以0.5M氢氧化钾水溶液调节pH值至9，加入0.16g硼氢化钠及5g去离子水，还原1小时，然后抽滤，并用去离子水洗涤，100℃干燥6小时，得到一种锂空气电池用的Pt/石墨烯催化剂。催化剂电化学活性测试结果显示最大电流密度为5.8mA/cm²，开路电压为-0.05V。

实施例2.硼氢化钠还原法