[发明专利]金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制法与应用

说明书

本发明公开了一种金属间化合物‑碳纳米管复合材料及其制法与应用。所述制法包括：(1)提供碳纳米管网络宏观体；(2)对所述碳纳米管网络宏观体进行活化处理，获得掺氮碳纳米管网络宏观体；(3)将所述掺氮碳纳米管网络宏观体浸渍于金属前驱体溶液，之后经干燥处理获得负载金属前驱体的掺氮碳纳米管网络宏观体；(4)对所述负载金属前驱体的掺氮碳纳米管网络宏观体进行瞬态高温退火处理，获得金属间化合物‑碳纳米管复合材料。本发明通过瞬态高温技术制得金属间化合物‑碳纳米管复合材料，其中金属间化合物颗粒尺寸小于3nm，并且具有优异的氧还原和氧析出催化性能，在氧催化或金属空气电池领域中有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于能源与清洁技术领域，涉及一种金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制法，以及该复合材料在制备金属空气电池(氧催化电极)中的应用。

背景技术

目前，最有希望应用于电动力汽车的零污染电池是具有高效、清洁、高能量密度等突出优点的金属空气电池。金属空气电池的核心组分是驱动氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的双功能催化剂。然而，目前报道的催化剂存在动力学缓慢、循环稳定性差等问题。近年来，可逆金属-空气电池的双功能催化剂技术的突破集中在贵金属和非贵金属，非贵金属表现最为突出的是过渡金属基与非金属碳基。过渡金属基催化剂的ORR催化性能较差，需要通过大量负载催化剂以此保证电池性能，这不仅大大违背了金属-空气电池轻量化的概念，在电池运行过程中还极易脱落影响电池稳定性。非金属碳基催化剂受限于其本征活性，具有较低的ORR和OER催化性能，不能满足金属-空气电池的实际应用(Cheng F,ChenJ.ChemInform Abstract:Metal-Air Batteries:From Oxygen ReductionElectrochemistry to Cathode Catalysts[J].Chemical Society Reviews,2012,41(6):2172-2192.Tiwari A,Kim D,Kim Y,et al.Bifunctional Oxygen Electrocatalysisthrough Chemical Bonding of Transition Metal Chalcogenides on ConductiveCarbons[J].Advanced Energy Materials,2017:1602217-1602225.)。目前，这两类非贵金属的催化剂的催化机理较为模糊，对于研究开发性能优异的双功能催化剂还有较大的距离。铂基催化剂具有非常优异的ORR催化性能，是目前研究最为系统、应用最广的催化剂，如(Zhuo S,Sohlberg K.Platinum Dioxide Phases:Relative Thermodynamic Stabilityand Kinetics of Inter-conversion from First-Principles[J].Physica B,2006,381(1-2):12-19.He D S,He D,Wang J,et al.Ultrathin Icosaherdal Pt-enrichedNanocage with Excellent Oxygen Reduction Reaction Activity[J].Journal of theAmerican Chemical Society,2016,138(5):1494-1497.)。