[发明专利]一种负载Pd@Pd4

说明书

本发明提供了一种负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球及其制备方法与应用。所得负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球，具有高导电性，优异的催化活性，并且中空多孔结构有效的解决了充放电过程中放电产物累积和分解带来的体积膨胀问题，使其表现出良好的循环性能。同时，该生产过程简单可靠，易于放大生产，且反应过程中无有毒有害副产物生成，绿色安全，为锂氧气电池的实际工业化应用提供有益助力。

技术领域

本发明涉及锂氧气电池电催化技术领域，具体涉及一种负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂氧气电池因其超高的理论能量密度(可达3505Wh·kg^-1)，成为了科学家们的研究热点。然而，锂氧气电池研究当下仍处于起步阶段，缓慢的氧还原和氧析出反应动力学导致过电势过高，倍率性能较差和有限的循环寿命，这些问题制约着锂氧气电池的进一步应用。因此，开发高效的正极催化剂来加速锂氧气电池充放电过程中的电化学进程势在必行。

目前研究表明，贵金属材料具有优良的电催化活性及出色的耐久性，被认为是理想的正极催化剂材料。其中Pt基材料用作正极催化剂时显示出优异的锂氧气电池性能，但是Pt的价格过于昂贵，从而限制了其大范围应用。同为铂系的贵金属Pd及其化合物同样表现出优良的电催化性能且价格大幅低于金属Pt，因而受到了研究人员的广泛关注。

实现稳定的循环充放电是锂氧气电池走向实际应用的重要前提，发明人发现，虽然，将Pd-碳复合材料用于锂氧气电池正极催化材料的研究取得了一定的进展，但是，仍然存在比表面积小、导电性差、稳定性低的严重缺陷。提供一种能够提高锂氧气电池循环稳定的电催化剂成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有制备方法制备的碳载Pd₄S催化剂仍然存在比表面积小、导电性差，在充放电过程中催化剂结构容易坍塌导致锂氧气电池循环寿命低的不足，本发明提供了一种负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球及其制备方法与应用，所述负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球具有较高的比表面积、高效的催化性能，用作锂氧气电池正极催化材料时，能够在放电时有效促进过氧化锂的产生并提供充足的存储空间，充电时Pd@Pd₄S异质结有利于过氧化锂高效分解，而且多孔碳结构在充放电过程中提供良好的物质传输通道。此外，本发明负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球的制备方法简单、生产成本低、无需特殊设备及苛刻条件，使该材料大规模生产和在锂氧气电池上的实际应用提供了可能。

具体地，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，本发明提供了一种负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球的制备方法，包括如下步骤：

S1.制备中空碳纳米球；

S2.原位制备钯纳米颗粒：将S1中所得的中空碳纳米球与二价钯盐溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液混合，再加入还原剂溶液，即可获得负载有钯纳米颗粒的中空碳纳米球的悬浊液；

S3.制备负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球：将S2中获得的负载有钯纳米颗粒的中空碳纳米球在惰性气氛中硫化，制备负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球，采用上述所述的一种负载Pd@Pd₄S的中空碳纳米球的制备方法制备而成。