[发明专利]一种CuMn2O4/CNT复合电催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种CuMn2O4/CNT复合电催化剂的制备方法，属于复合材料领域。该制备方法包括：先采用溶胶凝胶法制备具有尖晶石结构的CuMn₂O₄，将所制备的CuMn₂O₄与性能优异的CNT复合，制备出高效的电催化剂。该制备方法具有步骤简单，充分利用原料，设计巧妙等优点。此外，该方法制备的具有尖晶石结构的CuMn₂O₄，具有鲜明且独特的尖晶石结构形貌特征，与导电剂CNT复合后，表现出对氧析出反应(OER)和氧还原反应(ORR)均具有较好的催化性能，可作为双功能电催化剂应用于燃料电池及金属‑空气电池，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种CuMn2O4/CNT复合电催化剂的制备方法，特别涉及以尖晶石结构的铜锰氧化物(CuMn₂O₄)复合碳纳米管(CNT) 的高效双功能电催化剂的制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

涉及氧电化学的能量转化和存储中两个非常重要的反应是氧还原反应和氧析出反应。目前主要使用贵金属催化剂(Pt/C)来提高氧还原和氧析出的缓慢反应进程，但贵金属催化剂由于具有成本高、储量有限等特点制约了燃料电池和金属-空气电池等储能装置的实用化进程，因此很有必要开发非贵金属催化剂应用于氧还原和氧析出反应。

混价过渡金属氧化物由于具有储量大，易于制备，碱性介质中表现出出色的氧化还原稳定性等特点，可作为替代贵金属的催化材料。另外，多种价态和结构上的灵活性使得具有尖晶石结构的过渡金属氧化物提供了进一步调节其催化性能的可能性。近来的研究表明，这种氧化物具有很好的电子传输能力，很高的比表面积以及很好的电化学稳定性，但在作为双功能电催化剂，低的导电性严重影响了其性能，因此需要添加些导电材料进一步提高其导电性能。常见的导电材料有活性炭、石墨烯、Ketjen黑、碳纳米管等。目前报道的混价过渡金属氧化物和导电材料的复合物多是氧化物和导电材料的简单混合，文献报道有CoFe₂O₄/MWCNT、CoMn₂O₄/N-grphene、NiCo₂O₄/3D graphene、MnCo₂O₄/ppy等复合物用于ORR或是OER，但这些复合催化剂的催化性能与现有的商品化催化剂(Pt/C)还不能相比，也不能作为双功能催化剂同时催化氧还原(ORR)和氧析出反应(OER)。

我们所制备的双功能催化剂，采用溶胶凝胶法制备的尖晶石结构的铜锰氧化物，与性能优异的碳纳米管进行复合，得到的催化剂性能与商品化的Pt/C性能相当。到目前为止，关于复合CuMn₂O₄/CNT复合电催化剂的制备及其性能研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CuMn₂O₄/CNT复合电催化剂的制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种CuMn2O4/CNT复合电催化剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、采用溶胶凝胶法制备铜锰氧化物(CuMn₂O₄)。

步骤二、将步骤一中制备好的CuMn₂O₄与导电剂CNT进行混合，然后溶解在乙醇中，超声分散均匀，之后用细胞粉碎分散，低速离心分离，多次水洗后，50℃真空干燥得到CuMn₂O₄/CNT混合物； CuMn₂O₄与导电剂CNT的质量比为1:2～8；