[发明专利]一种金属空气电池电极石墨烯催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气电池电极制备领域，具体涉及一种金属空气电池电极石墨烯催化剂的制备方法。

背景技术

随着工业发展以及人类活动的日趋活跃，人类对能源的消耗日趋增大，而地下非可再生资源日趋短缺，能源供需矛盾日益激化，能源问题已成为影响人类生存和发展的关键问题之一。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。

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，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。具有超高的导电性，是目前世界上电阻率最小的材料，同时石墨烯又具有良好的导热性能。目前现有的空气电池石墨烯催化剂制备方法存在效率低、成本高、出品率低、性能不高的问题，所提如何制备高效率的石墨烯催化剂，改善空气电池导电性差、催化效率低、电池大电流放电发热的问题，是目前急需解决的。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种效率高、成本低、出品率高的新型金属空气电池电极石墨烯催化剂的制备方法，所生产的石墨烯催化剂具有高导电性且电池出现大电流时散热良好的特点，包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯制备：采用25ml～100ml的体积分数98％以上的浓硫酸，加入1g～2g硝酸钾，冰浴搅拌，加入2g石墨冰浴搅拌30min～60min，缓慢加入50wt％的高锰酸钾水溶液20g～30g，冰浴搅拌30min～60min，转入20℃～30℃水浴搅拌30min～60min，缓慢加入200ml去离子水，转入90℃～110℃水浴搅拌10min～30min，然后缓慢加入500ml去离子水和40ml的20％～30％的双氧水搅拌10min。直到混合物的颜色变成亮黄色，将混合物离心洗涤至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。

(2)石墨烯/LaNiO₃复合物催化剂制备：将LaNO₃粉末和NiO₃粉末按1:1的比例的混制成混合体，将5g该混合体加入200ml的50wt％苹果酸的水溶液中，充分搅拌，使粉末溶解，然后将该溶液在60℃～70℃的温度下真空保存60min，然后在60℃～70℃的温度下真空烘干、粉碎，可以获得固态的LaNiO₃无定形苹果酸先驱体粉末，将该先驱体粉末在650℃～700℃的温度下加热90min～120min，就获得LaNiO₃粉末。

将氧化石墨烯粉末和LaNiO₃粉末按一定比例混合均匀，制成混合粉末，其中石墨烯的重量百分比1％～90％，将10g混合粉末缓慢加入100ml的蒸馏水中，并用超声波打散，制成均匀的悬浮液，用5～10ml的20wt％氢氧化钠水溶液调节pH值至9～10，然后在50℃～70℃水浴搅拌30min，缓慢加入羧甲基纤维素钠(Na-CMC)，缓慢搅拌，使溶液成为胶状物，这些胶状物就是制备成的石墨烯/LaNiO₃复合物催化剂。

具体实施方式

以下对本发明的各个方面进行详述，如无具体说明，本发明的各种原料均可通过根据本领域的常规方法制备得到或市售得到。

实施例1

(1)氧化石墨烯制备：采用25ml的体积分数98％以上的浓硫酸，加入1g硝酸钾，冰浴搅拌，加入2g石墨冰浴搅拌30min，缓慢加入50wt％的高锰酸钾水溶液20g，冰浴搅拌30min，转入20℃水浴搅拌30min，缓慢加入200ml去离子水，转入90℃水浴搅拌10min，然后缓慢加入500ml去离子水和40ml的20％的双氧水搅拌10min。直到混合物的颜色变成亮黄色，将混合物离心洗涤至中性，干燥后即得氧化石墨烯粉末。

(2)石墨烯/LaNiO₃复合物催化剂制备：将LaNO₃粉末和NiO₃粉末按1:1的比例的混制成混合体，将5g该混合体加入200ml的50wt％苹果酸的水溶液中，充分搅拌，使粉末溶解，然后将该溶液在60℃的温度下真空保存60min，然后在60℃的温度下真空烘干、粉碎，可以获得固态的LaNiO₃无定形苹果酸先驱体粉末，将该先驱体粉末在650℃的温度下加热90min，就获得LaNiO₃粉末。