[发明专利]一种纳米Ag-MnO2

说明书

本发明涉及氧还原催化剂技术领域，且公开了一种纳米Ag‑MnO2修饰石墨烯复合氧还原催化剂，包括以下配方原料及组分：多孔MnO₂修饰三维石墨烯、硝酸银、硼氢化钠。该一种纳米Ag‑MnO₂修饰石墨烯复合氧还原催化剂，通过高压水热法，纳米多孔α‑MnO₂，孔隙结构丰富，比表面积巨大，三维结构的石墨烯水凝胶充分将纳米多孔α‑MnO₂吸收到水凝胶的三维网络结构中，生成的纳米Ag均匀地沉积在α‑MnO₂丰富的孔隙结构和三维石墨烯网络结构中，避免了纳米Ag的团聚和聚集，导电性能优异的纳米Ag和石墨烯与α‑MnO₂形成三维导电网络，增强了催化剂的导电性能，促进了电子的传输和扩散，在纳米Ag和α‑MnO₂的协同作用下，使催化剂表现出优异的氧还原催化活性。

技术领域

本发明涉及氧还原催化剂技术领域，具体为一种纳米Ag-MnO₂修饰石墨烯复合氧还原催化剂及其制法。

背景技术

燃料电池可以将燃料的化学能直接转化为电能，具有高效、环境友好、可靠性高等优点，燃料电池的阴极反应通常为氧还原反应，目前的氧还原催化剂主要为铂基催化剂，但是铂等贵金属储量稀少，价格昂贵，因此开发非贵金属催化剂是解决上述问题最有效途径之一。

目前的非贵金属氧还原催化剂主要有石墨烯、碳纳米管等碳材料、钴氧化物、锰氧化物等过渡金属氧化物，其中纳米Ag具有可接受的ORR催化活性、耐久性，在氧还原催化剂中极具应用潜力，但是纳米Ag的表面能量较高，在催化剂中很容易团聚，导致电化学活性位点暴露不充分，α-MnO₂储量丰富、价格低廉，具有很强的氧还原催化活性，但是α-MnO₂催化剂的导电性能较差，限制了α-MnO₂的实际应用。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种纳米Ag-MnO2修饰石墨烯复合氧还原催化剂及其制法，解决纳米Ag在催化剂中容易团聚的问题，同时解决了α-MnO₂催化剂的导电性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种纳米Ag-MnO₂修饰石墨烯复合氧还原催化剂，包括以下配方原料及组分：多孔MnO₂修饰三维石墨烯、硝酸银、硼氢化钠，三者质量比为100:6-18:1.5-3。

优选的，所述多孔MnO₂修饰三维石墨烯制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、葡萄糖、乙酸锰和高锰酸钾，将溶液转移进高压反应釜并置于烘箱中，加热至130-160℃，反应15-25h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，固体产物至于电阻炉中，升温速率为2-8℃/min，升温至400-460℃，保温煅烧2-4h，制备得到纳米多孔α-MnO2。

(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、氧化石墨烯和抗坏血酸，超声分散均匀后，置于油浴锅中，加热至60-90℃，匀速搅拌反应6-10h，冷却至室温静置直至形成石墨烯水凝胶，再加入蒸馏水溶剂和纳米多孔α-MnO2，超声分散均匀后，将溶液除去溶剂，并充分干燥，制备得到多孔MnO₂修饰三维石墨烯。

优选的，所述葡萄糖、乙酸锰和高锰酸钾的物质的量比为1-3:1.5-2:1。

优选的，所述氧化石墨烯、抗坏血酸和纳米多孔α-MnO2的质量比为1:3-6:0.15-0.35。

优选的，所述纳米Ag-MnO₂修饰石墨烯复合氧还原催化剂的制备方法包括以下步骤：