[发明专利]α-二氧化锰纳米管、银纳米粒子负载α-二氧化锰纳米管及制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种α‑MnO₂纳米管的制备方法，属于空气燃料电池技术领域。本发明通过改变盐酸的加入量调节α‑MnO₂纳米管的比表面积，制备得到了大比表面的α‑MnO₂纳米管，大的比表面增加了活性位点与电解液的接触面积，并且空心结构有利于离子的扩散迁移，提高了α‑MnO₂纳米管的氧还原(ORR)催化性能。实施例的数据表明，本发明制得的α‑MnO₂纳米管的比表面积高达52.9030m²/g，ORR活性可以与20％wtPt/C(商业电极)相媲美。

技术领域

本发明涉及空气燃料电池技术领域，尤其涉及一种α-二氧化锰纳米管、银纳米粒子负载α-二氧化锰纳米管及制备方法和应用。

背景技术

在铝空气电池的电化学反应中，在没有氧还原催化剂存在时，氧气在阴极的还原非常缓慢，从而产生非常大的过电压，为降低阴极反应过程的电化学极化，，必须采用高效的促进氧还原的催化剂，因此寻找廉价高效空气电极催化剂非常必要。

对于Mn基氧还原催化剂，晶体类型、表面积和表面元素价态分布是影响催化性能的主要因素。现有的以水热法制备α-MnO₂纳米空心管存在催化活性低的问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种α-二氧化锰纳米管、银纳米粒子负载α-二氧化锰纳米管及制备方法和应用。本发明制得的α-MnO₂纳米管以及Ag/α-MnO₂纳米管的比表面积大，催化活性高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种α-MnO₂纳米管的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高锰酸钾与水混合，得到高锰酸钾溶液；

(2)将盐酸滴加到所述步骤(1)得到的高锰酸钾溶液中后进行还原反应，得到α-MnO₂纳米管，所述高锰酸钾与盐酸的的摩尔量比为1：1～10。

优选地，所述步骤(2)中高锰酸钾与盐酸的质量比为1.517:3～5。

优选地，所述步骤(2)中氧化反应的温度为130～140℃，所述还原反应的时间为10～12h。

优选地，所述步骤(2)中还原反应后还包括：将还原反应产物依次冷却至室温、离心、洗涤和干燥处理。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制得的α-MnO₂纳米管，所述α-MnO₂纳米管的比表面积为23.9076～52.9030m²/g，所述α-MnO₂纳米管的平均直径为10～50nm，平均内径为15～25nm，平均长度为0.5～2μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的α-MnO₂纳米管在铝空气燃料电池中的应用。

一种Ag/α-MnO₂纳米管，所述Ag以Ag纳米粒子的形式负载在α-MnO₂纳米管表面，所述α-MnO₂纳米管为上述技术方案所述的α-MnO₂纳米管。

优选地，所述Ag纳米粒子的质量含量为10～11％，所述Ag纳米粒子的粒径为30～40nm。

本发明还提供了上述技术方案所述Ag/α-MnO₂纳米管的制备方法，包括以下步骤：

将上述技术方案所述的α-MnO₂纳米管、NaCl溶液和聚苯乙烯磺酸钠混合，得到α-MnO₂/聚苯乙烯磺酸钠固体；