[发明专利]一种双功能氧电催化剂及其制备和应用

说明书

本申请公开了一种双功能氧电催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂为A_1‑x‑yB_xC_yO₂，其中元素A选自Pt，Ir，Ru，Pd中的一种，元素B和元素C选自Mo，Mn，Fe，Co，Ni，Cu和Zn，任选地，所述元素B与元素C相同；催化剂制备通过以壳聚糖、蔗糖、果糖、葡萄糖、麦芽糖等为模板，硫脲、氯化铵、尿素、硫酸铵等为气体产生剂得到金属盐负载的三维泡沫，再经过煅烧得到催化剂。本申请提供的制备方法具有简便高效、成本低、环境友好等特点，得到的催化剂具有十分优异的电催化氧还原(ORR)和氧析出(OER)性能，同时在锌空气电池中也表现出优异的性能。

技术领域

本文涉及但不限于双功能氧电催化剂领域，尤指一种双功能氧电催化剂及其制备和应用。

背景技术

锌空气电池是一种新型的绿色环保型能源电池，具有能量密度高、放电电压平稳、原材料成本低、安全性高等优点，因此被认为是极具发展前景的新型电池。锌空气电池正极可以直接利用空气中的氧气作为燃料，与其它正极不可再生型电池相比具有取之不竭的优势，负极锌材料具有储量丰富、利用率高、能量密度高、成本低等优势，因而被很多研究者认为是装备电动汽车的理想动力电源。但是目前商用的锌-空气电池一般是一次电池，其不可充电性一直制约着它的发展，因此开发可充电的锌-空气电池是这个领域研究的热点和难点。锌-空气电池难以充电最主要的原因是缺少碱性条件下能同时催化氧还原/析出的双效催化剂。商用中一般采用Pt与IrO₂混合来制备ORR/OER(氧还原/氧析出)双效催化剂，但是其较差的双功能活性及稳定性、高昂的成本严重限制了大规模商业化应用。

目前对于锌-空气电池空气电极ORR/OER双效催化剂的研究主要可分为两大类：非贵金属ORR/OER双效催化剂和贵金属ORR/OER双效催化剂。非贵金属催化剂由于其低廉的成本而受到了广泛的关注，但是目前非贵金属催化剂的催化活性和稳定性依旧难以满足要求，因此还不能取代贵金属催化剂的地位。而目前已有的贵金属催化剂虽然对单边的反应具有较好的活性，例如Pt对于ORR有非常高的活性，而IrO₂或者RuO₂对于OER有非常高的活性。总的来说，目前依旧缺乏一种同时具备高活性和优异稳定性的ORR/OER双功能催化剂。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。

本申请公开了一种多金属基双功能氧电催化剂的制备方法，该方法具有简便高效、成本低、环境友好等特点，得到的催化剂具有十分优异的电催化氧还原(ORR)和氧析出(OER)性能，同时在锌空气电池中也表现出优异的性能。

本申请公开了一种催化剂，用于电催化氧还原反应和氧析出反应，所述催化剂为A_1-x-yB_xC_yO₂，其中元素A选自Pt，Ir，Ru，Pd中的一种，元素B和元素C选自Mo，Mn，Fe，Co，Ni，Cu和Zn；

所述催化剂为三维多孔泡沫片状的催化剂；

任选地，所述元素B与元素C相同。

在一种实施方式中，所述催化剂中金属A、金属B和金属C的原子数百分比之和以100at.％计，所述金属B和金属C的原子数百分比之和小于等于60at.％。

另一方面，本申请还公开了上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将所述元素A的金属盐、所述元素B的金属盐和所述元素C的金属盐与碳水化合物以及产气化合物在水中混合均匀，形成前驱体溶液；

2)将所述前驱体溶液预烧；将所述预烧得到的产物煅烧得到所述催化剂。

可选地，所述催化剂的制备方法由上述步骤组成。