[发明专利]一种锰氧化物原位复合空气电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化锰原位复合空气电极的制备方法，其通过使用一种原位复合方法，结合2‑甲基咪唑与锰盐的相互作用，在催化剂载体上制得分散性良好、催化剂性能高的锰氧化物催化剂。与现有技术相比，本发明的体系中，2‑甲基咪唑与锰盐的相互作用可对锰盐进行良好的分散，使得锰基催化剂在催化剂载体上均匀、细化分布；2‑甲基咪唑在退火过程中可以有效保护催化剂载体，防止催化剂载体被氧化，损害；并且，该原位合成方法整个过程中没有使用粘结剂，不涉及催化剂粉末的涂覆过程，可以更有效地发挥锰基催化剂的催化性能；最终获得分散性良好、催化剂性能高的二氧化锰原位复合空气电极，具有极大的科研，社会经济效益。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种锰氧化物原位复合空气电极的制备方法；尤其涉及通过使用一种原位复合方法，获得一种含具备高催化剂性能的锰氧化物催化剂的复合空气电极。

背景技术

21世纪迅速的工业科技发展对能量供给提出了进一步需求。为了克服不可再生的化石能源的有限性带来的能源危机的隐患，如何利用可再生的清洁能源成为了一个重要课题。其中，金属空气电池，尤其是锌空气电池，由于其高能量密度，高安全性，高环境友好性受到了广泛关注。然而，锌空气电池的电池反应受限于空气电极上缓慢的氧析出反应与氧还原反应，需要发展先进的催化剂以提高电池的能量效率。锰氧化物具有较高的催化活性，且成本较低，是锌空气电池催化剂的理想选择之一。然而，传统的锰氧化物催化剂在制备完成后需要与粘结剂，有机溶剂等进行混合并转移到空气电极上。催化剂在涂覆过程中容易团聚，胶黏剂的存在也会降低催化剂的性能。因此，需要发展一种无需胶黏剂的方法在空气电极上原位制备分散性良好的锰氧化物催化剂。

经对现有专利文献检索发现，CN111223683A的发明专利申请公开了将碳电极浸泡在10-40℃的高锰酸钾水溶液中，使得在碳材料表面原位生长纳米二氧化锰，得到碳/纳米二氧化锰复合电极材料。然而，获得的二氧化锰活性物质在碳电极上发生了团聚现象，降低了二氧化锰材料的比表面积，不利于二氧化锰材料催化性能的发挥。此外，所使用的高锰酸钾原料具有较强的氧化性与腐蚀性，生产过程具有一定的危险性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种锰氧化物原位复合空气电极的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种锰氧化物原位复合空气电极的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、在锰盐的甲醇溶液中加入2-甲基咪唑溶液，形成混合液；

S2、催化剂载体在所述混合液浸润后取出，干燥，得到负载有锰前驱体的催化剂载体；

S3、将所述负载有锰前驱体的催化剂载体中高温退火，得到所述锰氧化物原位复合空气电极。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，锰盐的甲醇溶液中锰盐的浓度为0.01～2M。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，2-甲基咪唑溶液的浓度为0.1～2M。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，混合液中锰盐与2-甲基咪唑的摩尔比为1:0.5～1:10。如摩尔比低于1:0.5，2-甲基咪唑无法起到足够的保护与细化催化剂作用。如摩尔比大于1：10，催化剂负载量过低，影响催化性能。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述锰盐包括含二价锰离子的锰盐，如硫酸锰、硝酸锰、氯化锰、醋酸锰中的一种或几种。

作为本发明的一个实施方案，步骤S1中，所述催化剂载体包括碳布、碳毡、泡沫铜或泡沫镍。

作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，所述干燥的温度为60℃～80℃，干燥时间为6h～24h。

作为本发明的一个实施方案，步骤S2中，所述浸润的时间为30min～2h。