[发明专利]一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及催化剂领域，特别是涉及一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂的制备方法，包括如下步骤：制备MnO₂；制备氮掺杂MnO₂。本发明还提供一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂，实现非金属掺杂，不会引入其它杂质离子，安全性高；本发明提供一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂的制备方法，工艺简便易行，制备时间成本大大降低。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，特别是涉及一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂及其制备方法。

背景技术

为了满足社会的可持续发展，发展高效、经济、稳定的储能体系对于新能源的使用至关重要。金属-空气电池以其高的能量密度受到了持续的关注。但由于空气阴极缓慢的氧析出(OER)反应动力学严重制约了其高效的能量转换速率，因此需要寻找高效电催化剂加速反应进行。目前贵金属催化剂如依、钌、钯及其合金等被认为是催化效果最好的一类氧析出催化剂，但由于贵金属的稀缺性、昂贵的价格和差的耐久性限制了它的大规模使用。因此开发高效、廉价、储量丰富的非贵金属催化剂成为了研究的热点。

MnO₂作为一种储量丰富、廉价易得且环境友好的金属氧化物，同时具备良好的氧还原(ORR)和氧析出(OER)性能，受到了广泛的关注。但与贵金属及其合金的催化性能相比仍然有很大的差距，因此需要对它进行改性来进一步提高催化性能。

目前包括掺杂和氧空位的内在缺陷工程已经成为改善MnO₂内在电子结构提高其电化学性能的重要策略。目前MnO₂掺杂多为金属离子如Fe、Co、Ni、Au、Ag等金属离子掺杂可以有效提高MnO₂的导电性，但通常需要花费很长时间或者经过很多繁琐的步骤，此类掺杂反应一般在溶液中进行，容易引入杂质离子难以去除，导致催化剂的重现性很差。对于MnO₂非金属掺杂，目前的报道还比较少，由于非金属掺杂MnO₂研究较少，具有重要的参考意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂，实现非金属掺杂，不会引入其它杂质离子，安全性高。

本发明还提供一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂的制备方法，工艺简便易行，制备时间成本大大降低。

本发明采用如下技术方案：

一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂的制备方法，包括如下步骤：

制备MnO₂：将1.861g的过硫酸铵和1.3318g的一水硫酸锰溶于15mL去离子水中，充分搅拌溶解后置于30mL高温反应釜中反应；用蒸馏水和乙醇反复洗涤数遍后，真空干燥过夜；

制备氮掺杂MnO₂：称取上述步骤的一定量干燥好的MnO₂颗粒样品研磨成粉，放置在耐高温瓷舟中，然后放入管式炉中烧制，在烧制过程中持续通入作为氮源的混合气体，然后以5℃/min升温速率升至100-300℃，退火2-3h，待冷却结束后，得到氮掺杂MnO₂。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述制备MnO₂步骤中，在所述高温反应釜的反应温度为120℃，时间为9h。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述制备MnO₂步骤中，用蒸馏水和乙醇反复洗涤数遍后在60℃下真空干燥过夜。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述制备氮掺杂MnO₂步骤中，在所述烧制过程中持续通入浓度为2％-10％的作为氮源的混合气体。

对上述技术方案的进一步改进为，所述作为氮源的混合气体包括氨气和氩气。

一种氮掺杂改性二氧化锰催化剂，使用上述制备方法制得氮掺杂改性二氧化锰催化剂。

本发明的有益效果为：