[发明专利]一种锌-空气电池催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种锌‑空气电池催化剂的制备方法，包括将2,5‑二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I；将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II；将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声，在120～135℃下反应24～30h，冷却，过滤，干燥，得到前体；将步骤S3中的前体和钙盐混合均匀，然后放置在管式炉中，在混合气氛围下，煅烧得到催化剂Co‑MOF‑74@C/Ca。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种锌-空气电池催化剂的制备方法。

背景技术

随着环境污染和能源危机等问题的日益严重，人们对于开发高效、低廉的新型储能器件的需求日益紧迫。其中，锌-空气电池由于其环境友好和高能量密度的特点而受到了特别的关注。在锌-空电池中，氧还原(ORR)反应起着至关重要的作用。

锌-空气电池的基本结构有带有催化剂的多孔空气电极、金属锌电极和碱性电解质组成，其反应方程式如下

阳极：Zn+4OH^-＝Zn(OH)₄^2-+2e^-；

Zn(OH)₄^2-＝ZnO+H₂O+2OH^-；

阴极：O₂+2H₂O+4e^-＝4OH^-；

总反应式：2Zn+O₂＝2ZnO。

现如今，商用Pt及Pt基催化剂是最具代表性，也是最得到广泛应用的氧还原催化剂。但是，其高昂的价格和稀少的储量也限制了它们进一步的商业应用。因此，需要寻找高效，稳定和廉价的非Pt电催化剂，这也是如今能源领域的研究热点。

发明内容

针对现有技术中锌-空气电池催化剂存在使用贵金属而导致成本高，且效率低，寿命短等缺陷，本发明的目的是提供一种锌-空气电池催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I。

S2：将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II。

S3：将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声5～8min后放置在烘箱中，在120～135℃下反应24～30h，冷却，过滤，干燥，得到前体。

S4：将步骤S3中的前体和钙盐混合均匀，然后放置在管式炉中，在混合气氛围下，800～900℃煅烧2～3h后得到催化剂Co-MOF-74@C/Ca。

进一步地，所述步骤S1中静电纺丝的注射电压为16～18kV，注射距离为12～15cm，注射速率为0.8～1.0mL/h；所述步骤S2中静电纺丝的注射电压为14～16kV，注射距离为10～12cm，注射速率为0.6～0.8mL/h。

进一步地，所述步骤S1中的2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈的质量比为(0.11～0.19):(0.44～0.96)。