[发明专利]一种应用于锌空电池的高性能双功能催化剂的制备方法

说明书

本发明属于催化剂制备的技术领域，具体的涉及一种应用于锌空电池的高性能双功能催化剂的制备方法。所述应用于锌空电池的高性能双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)制备SiO₂溶胶；(2)制备酚醛树脂乙醇溶液；(3)制备Co/MCWs；(4)制备Co₃O₄/MCWs复合材料。该方法制备所得的催化剂开发成本低廉，改善了传统负载型催化剂导电性能差、结构不稳定以及活性位点少的问题，获得优异的ORR/OER双功能催化剂。

技术领域

本发明属于催化剂制备的技术领域，具体的涉及一种应用于锌空电池的高性能双功能催化剂的制备方法。

背景技术

当前全球面临着不可再生能源日益枯竭、环境污染日益加剧的发展难题，开发环境友好、高效便捷的新型能源储存和转换装置对于缓解能源危机、实现能源可持续发展至关重要。在各种新能源转换设备中，锌空电池以其锌负极原料成本低廉、无污染和较高理论能量密度（1086Wh﹒kg^-1）而具有非常广阔的应用前景。氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）是锌空电池中两个重要的半反应，其中电极界面缓慢的4e^-转移过程严重滞缓其在实际中的应用。虽然贵金属的材料具有高电催化活性，但面临着成本昂贵、耐久性差的缺点。

四氧化三钴（Co₃O₄）是过渡金属氧化物的一种，在碱性溶液中表现出优异的双功能催化性能，具有大规模的商用潜能和前景。在Co₃O₄晶体结构中，共存的Co²⁺和Co³⁺离子价态对氧具有不同的吸附和脱附能力，从而提供ORR以及OER的催化活性。然而Co₃O₄材料存在着活性位点受限、本体导电性能差、结构不稳定等缺点，需要进一步对其进行改性，以提升其双功能活性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种应用于锌空电池的高性能双功能催化剂的制备方法，该方法制备所得的催化剂开发成本低廉，改善了传统负载型催化剂导电性能差、结构不稳定以及活性位点少的问题，获得优异的ORR/OER双功能催化剂。

本发明的技术方案为：一种应用于锌空电池的高性能双功能催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备SiO₂溶胶：首先将赖氨酸溶解于由水和无水乙醇组成的混合溶剂中，然后在搅拌状态下加入正硅酸乙酯；

（2）制备酚醛树脂乙醇溶液：首先称取苯酚熔化后加入NaOH溶液，搅拌均匀后逐滴加入甲醛；然后加热反应；待反应结束后冷却至室温，得到酚醛树脂溶液，采用盐酸调节所得酚醛树脂溶液pH值至7.0，并蒸馏除去水分及未反应完全的苯酚，再离心除去NaCl，配制成酚醛树脂乙醇溶液；

（3）制备Co/MCWs：首先将Co(NO₃)₂溶于无水乙醇中，然后滴加步骤（2）所得酚醛树脂乙醇溶液，搅拌使其混合均匀；再将AAO模板置于平底蒸发皿中央，随后滴加SiO₂溶胶，待SiO₂溶胶在室温下完全挥发后，将其复合物完全浸渍在含Co(NO₃)₂的酚醛树脂乙醇溶液中，干燥后取出AAO模板，置于干燥箱中在100℃下热聚合24 h后将其放入瓷舟准备碳化；碳化在氮气气氛下700～1200℃保温2h，升温速率控制在1～6℃/min；最后采用质量分数5%的氢氟酸溶液溶解AAO和SiO₂模板，即得到Co/MCWs；

（4）制备Co₃O₄/MCWs复合材料：取步骤（3）制得的Co/MCWs于马弗炉中在200～350℃下空烧保温2h，得到Co₃O₄/MCWs复合材料。