[发明专利]一种层片状空气电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种层片状空气电极材料的制备方法，包括以下步骤：将钼酸铵和硫脲加入到十二烷基苯磺酸钠溶液中，超声处理；然后将超声处理后的溶液转移到反应釜中，并在200℃下加热24h得到黑色悬浮液；将黑色悬浮液过滤并用去离子水洗涤数次，然后在真空烘箱中干燥，最后获得具有高度分散的层片状MoS₂。该材料能够有效避免使用碳基阴极涉及的副反应，从而避免了副产物的形成，具有高度的化学稳定性和可逆性，并且对ORR和OER表现出良好的催化活性。

技术领域

本发明涉及锂氧电池领域，具体涉及一种层片状空气电极材料及其制备方法。

背景技术

Li-O₂电池因其比能量高而被认为是未来能量储存系统的锂离子电池的替代方案。从根本上说，Li-O₂电池的比能量和可再充电性由阴极的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)速率及其相应的过电位决定。许多材料，如碳纳米结构，贵金属和金属氧化物，已被用作Li-O2电池的催化剂。其中，掺杂碳纳米材料(例如，石墨烯，碳纳米管和Super P)显示出显著的ORR活性。然而，循环过程中碳和电解质的降解(例如形成碳酸盐等副产物)限制了其ORR活性的提高。为了解决碳阴极导致的诸多问题，从而获得高性能的Li-O₂电池，构建稳定和高催化活性的无碳阴极来避免涉及碳基材料的副反应是首要任务。开发具有惰性的无碳材料引起了研究者的极大兴趣。无碳催化剂如贵金属和金属氧化物显示出优异的稳定性，但其仅表现出优异的ORR或OER活性。因此，找到与电解质相一致的高活性和可逆的无碳催化剂仍然是开发Li-O₂电池的关键挑战之一。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开一种层片状空气电极材料，该材料能够有效避免使用碳基阴极涉及的副反应，从而避免了副产物的形成，具有高度的化学稳定性和可逆性，并且对ORR和OER表现出良好的催化活性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种层片状空气电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将钼酸铵和硫脲加入到十二烷基苯磺酸钠溶液中，超声处理；

2)然后将超声处理后的溶液转移到反应釜中，并在200℃下加热24h得到黑色悬浮液；

3)将黑色悬浮液过滤并用去离子水洗涤数次，然后在真空烘箱中干燥，最后获得具有高度分散的层片状MoS₂(如图1所示)。

所述钼酸铵的量为0.1mmol，硫脲的量为2.8mmol。

所述十二烷基苯磺酸钠溶液的浓度为0.2％w/w，且十二烷基苯磺酸钠溶液的体积为60ml。

所述超声处理时间为1小时。

一种层片状空气电极材料，通过上述一种层片状空气电极材料的制备方法制得。

该层片状MoS₂具有高的比表面积，还可以有效地促进氧气和电解质的传输，无碳阴极避免了传统碳基阴极涉及的副反应，避免了副产物的形成，具有高度的化学稳定性和可逆性，并且对ORR和OER表现出良好的催化活性(如图5所示)，具有MoS₂阴极的Li-O₂电池显示出高的放电比容量和低的充电电位，以及良好的循环性(在100mAg^-1的高电流密度下循环40次以上)。

该电极材料不仅可以应用于Li-O₂电池，也能运用到其他储能领域，如燃料电池，其他金属-空气电池，超级电容器等电子储能器件。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：