[发明专利]一种石墨烯量子点‑MnO2复合催化剂的制备方法及其应用有效
| 申请号： | 201510263078.7 | 申请日： | 2015-05-21 |
| 公开（公告）号： | CN104993158B | 公开（公告）日： | 2017-12-26 |
| 发明（设计）人： | 李光兰;程光春;刘彩娣 | 申请（专利权）人： | 大连理工大学 |
| 主分类号： | H01M4/90 | 分类号： | H01M4/90;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 大连理工大学专利中心21200 | 代理人： | 梅洪玉 |
| 地址： | 116024 辽*** | 国省代码： | 辽宁;21 |
| 权利要求书： | 查看更多 | 说明书： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 石墨 量子 mno sub 复合 催化剂 制备 方法 及其 应用 | ||
技术领域
本发明属于能源材料及电化学领域，更具体的涉及一种应用于燃料电池阴极氧还原反应电催化剂及其制备方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的发电装置，具有高效、环境友好、可靠性高等优点，受到广泛关注。目前，燃料电池未实现大规模商业化利用的重要原因之一是用于催化阴极氧还原反应(Oxygen reduction reaction, ORR)的贵金属Pt催化剂储量有限，成本高昂，稳定性有待提高。开发非Pt催化剂是解决上述问题最有效途径之一。
Mn作为一种过渡金属元素，具有独特的3d电子空轨道，其氧化物多种多样且具有良好的电催化性能。其中，MnO2以八面体MnO6为基本结构单元，根据排列方式的不同，可以组合出α-MnO2、β-MnO2、λ-MnO2、γ-MnO2、δ-MnO2等五种晶型(J.Phys.Chem.C 2008,112,4406-4417)。然而MnO2作为ORR电催化剂面临着导电性差，稳定性不足等问题。石墨烯量子点(GQDs)作为一种零维材料具有许多独特的性质，如表面效应、量子限域效应等,与MnO2复合可有效改变MnO2的表面结构及电子性能，两者发生协同效应将有可能提高其电催化性能。
发明内容
本发明首次设计制备了一种GQDs-MnO2复合催化剂及其制备方法，该催化剂利用MnOx作为催化剂活性位点，加入GQDs改变材料表面结构及导电性能，可用作燃料电池阴极ORR催化剂。与常用的Pt基催化剂相比，本发明所使用原料(如KMnO4、石墨烯等)成本低廉，来源丰富，且制备过程简单，条件温和，有利于规模化生产。
本发明采用以下具体方案来实现：一种石墨烯量子点-MnO2复合催化剂的制备方法，步骤如下：
1)将1-3mol L-1稀酸与Mn源配成溶液，置于高压反应釜，60-180℃条件下反应1-12h，得棕黄色沉淀；
2)将步骤1)所得棕黄色沉淀洗涤至中性，在50-130℃干燥，制得MnO2；
3)将步骤2)所得的MnO2与石墨烯量子点(GQDs)按照质量比99-50:1-50配成溶液，置于高压反应釜中50-150℃条件下反应6-24h；
4)将步骤3)中所得沉淀洗涤至滤液呈中性，在50-130℃干燥，制得 GQDs-MnO2复合催化剂，即为目标催化剂。
所述的Mn源为KMnO4、Mn(NO3)2、MnCl2、MnCO3、MnSO4中的一种；所述的稀酸为HCl、H2SO4一种。
所述的洗涤采用低压抽滤或离心分离。
所述的分散过程为磁力搅拌、超声分散过程中的任一种。
所述的干燥为空气气氛中烘箱干燥、搅拌干燥或真空干燥。
所述的高压反应釜采用空气浴或油浴加热；升温速率为3-10℃ min-1。
上述得到的石墨烯量子点-MnO2复合催化剂用作燃料电池阴极ORR电催化剂。
与现有技术相比，本发明所述的GQDs-MnO2复合催化剂及其制备方法具有以下优势：
1)采用本发明所述方法制备的GQDs-MnO2复合催化剂，利用KMnO4或其他 Mn2+为Mn源，来源广泛，成本较低，且制得的MnO2无毒害作用。
2)采用本发明所述方法制备的GQDs-MnO2复合催化剂，制得的MnO2的晶型、形貌可控。
3)采用本发明所述方法制备的GQDs-MnO2复合催化剂，制备过程简单、经济、安全、重复性好，有利于该催化剂的放大生产，加快其工业化进程；
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息，商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于大连理工大学，未经大连理工大学许可，擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作，请联系【客服】
本文链接：http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201510263078.7/2.html，转载请声明来源钻瓜专利网。
- 一种Nd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Yb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>改性的La<sub>2</sub>Zr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>-(Zr<sub>0.92</sub>Y<sub>0.08</sub>)O<sub>1.96</sub>复相热障涂层材料
- 无铅[(Na<sub>0.57</sub>K<sub>0.43</sub>)<sub>0.94</sub>Li<sub>0.06</sub>][(Nb<sub>0.94</sub>Sb<sub>0.06</sub>)<sub>0.95</sub>Ta<sub>0.05</sub>]O<sub>3</sub>纳米管及其制备方法
- 磁性材料HN(C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>)<sub>3</sub>·[Co<sub>4</sub>Na<sub>3</sub>(heb)<sub>6</sub>(N<sub>3</sub>)<sub>6</sub>]及合成方法
- 磁性材料[Co<sub>2</sub>Na<sub>2</sub>(hmb)<sub>4</sub>(N<sub>3</sub>)<sub>2</sub>(CH<sub>3</sub>CN)<sub>2</sub>]·(CH<sub>3</sub>CN)<sub>2</sub> 及合成方法
- 一种Bi<sub>0.90</sub>Er<sub>0.10</sub>Fe<sub>0.96</sub>Co<sub>0.02</sub>Mn<sub>0.02</sub>O<sub>3</sub>/Mn<sub>1-x</sub>Co<sub>x</sub>Fe<sub>2</sub>O<sub>4</sub> 复合膜及其制备方法
- Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-TeO<sub>2</sub>-SiO<sub>2</sub>-WO<sub>3</sub>系玻璃
- 荧光材料[Cu<sub>2</sub>Na<sub>2</sub>(mtyp)<sub>2</sub>(CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>(H<sub>2</sub>O)<sub>3</sub>]<sub>n</sub>及合成方法
- 一种(Y<sub>1</sub>-<sub>x</sub>Ln<sub>x</sub>)<sub>2</sub>(MoO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>薄膜的直接制备方法
- 荧光材料(CH<sub>2</sub>NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>ZnI<sub>4</sub>
- Li<sub>1.2</sub>Ni<sub>0.13</sub>Co<sub>0.13</sub>Mn<sub>0.54</sub>O<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>复合材料的制备方法
