[发明专利]一种铝掺杂量可控的过渡金属氧化物的制备方法及应用

说明书

本发明涉及电催化氧还原反应技术领域，一种铝掺杂量可控的过渡金属氧化物的制备方法，根据所需铝掺杂量配置合适比例的过渡金属和铝，将过渡金属和铝熔融后制备成初始合金条带；获得的初始合金条带置于碱性溶液中进行脱铝处理，然后用水多次冲洗后烘干，得到具有不同铝掺杂量的过渡金属氢氧化物或羟基氧化物或碳酸化物；获得的具有不同铝掺杂量的过渡金属氢氧化物或羟基氧化物或碳酸化物置于退火炉中进行高温退火处理，获得铝掺杂量可控的过渡金属氧化物。

技术领域

本发明涉及电催化氧还原反应技术领域，具体为一种铝掺杂量可控的过渡金属氧化物的制备方法及应用。

背景技术

随着化石燃料的不断消耗，人类对可再生能源的需求日益增长，燃料电池和金属-空气电池以其高能量密度和环境友好性引起了人们的广泛关注，然而阴极发生的氧还原反应由于动力学缓慢，显著影响了电池的能量效率和循环寿命。目前，广泛应用于氧还原反应的电催化剂以贵金属铂、钯及其合金为主，但其成本高、储量低、稳定性差，阻碍了该类催化剂的商业化应用。

研究表明，过渡金属氧化物是一种耐氧化和环保的催化剂材料，对其进行掺杂改性可进一步提高材料的电化学性能，通常采用“自下而上”法制备，但工艺成本高、合成速度慢、很难大规模生产。因此，亟需开发一种温和的制备方法，不仅可简化制备流程，同时可灵活调控过渡金属氧化物的微观形貌和掺杂量，进而获得廉价、高效、稳定的氧还原反应催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何解决背景技术中的问题，提供一种掺杂量可控的过渡金属氧化物的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种铝掺杂量可控的过渡金属氧化物的制备方法，按照如下步骤进行：

步骤一、根据所需铝掺杂量配置合适比例的过渡金属和铝，将过渡金属和铝熔融后制备成初始合金条带；

步骤二、将步骤一获得的初始合金条带置于碱性溶液中进行脱铝处理，然后用水多次冲洗后烘干，得到具有不同铝掺杂量的过渡金属氢氧化物或羟基氧化物或碳酸化物；

步骤三、将步骤二获得的具有不同铝掺杂量的过渡金属氢氧化物或羟基氧化物或碳酸化物置于退火炉中进行高温退火处理，获得铝掺杂量可控的过渡金属氧化物。

步骤一中初始合金铝含量与步骤三中过渡金属氧化物中铝掺杂量存在一一对应关系，可以通过多次实验得到数据，建立初始合金铝含量与过渡金属氧化物中铝掺杂量的关系图，然后拟合获得。

步骤一中过渡金属为钴、铁、镍、铜、锰中的一种或两种。

步骤一中过渡金属和铝的原子比为5:95~95:5。

步骤一中初始合金条带的宽度为1~5mm、厚度为10~100μm。

步骤二中碱性溶液为氢氧化钠和氢氧化钾中的一种，摩尔浓度为1~20mol/L。

步骤二中脱铝处理温度为25~90℃，时间为1~100h。

步骤三中高温退火处理温度为250~1100℃，时间为1~24h。

一种铝掺杂量可控的过渡金属氧化物的应用，采用三电极体系，以铝掺杂过渡金属氧化物作为工作电极，铂丝作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，进行电催化氧还原反应测试。