[发明专利]Ag/Ti4O7锌‑空气电池阴极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种催化剂的制备方法，可用于锌-空气电池的制备。

技术背景

以空气作为阴极活性物质，金属作为阳极活性物质的电池统称为金属-空气电池。其中锌-空气电池因其高比能量、低成本、无污染等特征，受到人们的广泛关注，被认为是大有希望的能量储存装置。

对于锌-空气电池而言，氧还原反应催化剂是提升其性能的关键。目前燃料电池常用的氧还原催化剂为Pt/C，但铂使用成本过高，无法投入大规模商业化应用。另外碳质载体在燃料电池运行环境下，存在氧化腐蚀、纳米粒子团聚及脱落及碳氧化产物使纳米粒子中毒催化失效等问题，并最终导致电池催化性能衰减。所以，需要寻求一种耐化学腐蚀、电化学稳定电位窗口宽的导电材料来有效提高锌-空气电池的循环寿命。由于Magnéli相亚氧化钛具有高化学和电化学稳定性，在电化学催化方面无疑是一种合适的材料。在室温下一组亚氧化钛Ti_nO_2n-1具有高导电性和高电导率，其与高导电炭材料处于同一量级，且亚氧化钛的电导率随n值的变化而变化，n≧1，当n＝4时，钛四氧七Ti₄O₇的导电性能最好。

近年来，亚氧化钛在燃料电池领域取得了一些很好的研究成果，引起了研究人员的广泛兴趣。英国Atraverda Ltd.公司用Ti₄O₇混合少量Ti₅O₉以注册商标并进行商业化出售，且申请了一系列在燃料电池领域应用的专利，如US Patent,0157110A1.2004-8-12；US Patent,6790554B2.2004-9-14；US Patent,0248752A1.2007-10-25。但是，在这些专利中仅采用无碳低成本的Ti_nO_2n-1的混合材料取代原来的炭黑作为催化剂载体，只利用了该系列材料的高电导率以及耐酸碱的特性，未利用其催化特性，阻碍了催化效果的进一步提升。日本产业化技术研究所采用浸渍法将Ti₄O₇粉末分散在含铂前驱物的乙醇溶液中，并将混合液体在高温H₂/N₂气氛中进行完全蒸发，获得铂沉积的Ti₄O₇。参见T.Ioroi,Z.Sirom,N.Fujiwara,Sub-stoichiometric titanium oxide-supported platinum electrocatalyst for polymer electrolyte fuel cells[J].Electrochem Commun,7(2005)183-188。这种方法所说可提高铂的利用率，使得催化活性更强。但却存在如下不足：

一是工艺较为复杂且铂的负载效果差、易脱落；

二是使用铂作为催化剂，导致锌-空气电池成本太高，不适合大规模批量生产；

三是制备过程中加热温度高，使用H₂气氛，造成安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种Ag/Ti₄O₇锌-空气电池阴极催化剂的制备方法，以避免使用气体，简化工艺流程，降低锌-空气电池阴极催化剂的制备成本。

本发明的技术关键是：使用Ag替代传统的Pt，采用化学还原法将Ag粒子修饰于Ti₄O₇催化剂载体上，其实现步骤如下：

(1)称取分析纯级别的硝酸银33.97mg～84.94mg，并与100mL去离子水混合，对该混合物进行充分搅拌，获得浓度为0.002mol/L～0.005mol/L的硝酸银前驱溶液；

(2)在步骤(1)获得的硝酸银前驱溶液中加入50mg的Ti₄O₇粉末，继续搅拌，使其成为均匀的悬浊液；

(3)称取分析纯级别的柠檬酸三钠0.2g～0.5g，并与20mL～50mL的去离子水混合搅拌，获得质量分数为1％的柠檬酸三钠还原剂溶液；

(4)将步骤(2)获得的均匀悬浊液放入水浴锅内，搅拌加热至80℃～100℃，再向该悬浊液中加入柠檬酸三钠还原剂溶液，反应5min～10min后取出，继续搅拌并冷却至室温后进行离心分离，获得反应沉淀物；