[发明专利]一种镉基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种镉基复合材料及其制备方法和应用，属于电催化氧还原技术领域，将Cd(NH₃)₂Cl₂/PPy前驱体经过高温磷化处理方式得到镉基复合材料。通过在碳材料中形成P‑O键，提高催化剂的本征催化活性，含有P‑O基团的镉基复合材料在碱性溶液中呈现了高效的氧还原性能。作为锌‑空气电池阴极材料，镉基复合材料作为催化剂具有良好的长期稳定性，保持将近300h不衰退，能够达到208.1mW·cm^‑2的功率密度。因此，含有P‑O基团的新型镉基复合材料可以取代贵金属Pt/C催化剂用于氧还原反应，从而降低成本。

技术领域

本发明涉及电催化氧还原技术领域，特别是涉及一种镉基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，为了满足未来绿色能源的需求，锌-空气电池以其绿色环保、成本低、能量转换效率高的优点正成为一种很有前途的储能系统。然而，由于空气阴极氧还原反应动力学受到阻碍，锌-空气电池的能量密度仅为理论密度的40-50％，因此需要高活性、高效的ORR催化剂来克服缓慢的四电子转移动力学，在低能垒路径上选择性催化ORR，从而实现锌-空气电池的高能转换效率。

贵金属碳载铂催化剂(Pt/C)已得到广泛应用，但是其天然丰度低、生产成本高，限制了综合能和能源系统的应用和商业发展。因此，开发以过渡金属为基础的高效、廉价、耐用的氧还原催化剂引起了人们的广泛关注。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种镉基复合材料及其制备方法和应用，通过离散P-O基团提高催化剂的本征催化活性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种镉基复合材料，以PPy为碳载体，为双晶相复合材料，是由Cd₂P₂O₇和Cd₂P₄O₁₂两种不同晶相的物质组成的复合物，结构复杂。

本发明提供一种所述镉基复合材料的制备方法，以Cd(NH₃)₂Cl₂/PPy为前驱体，经过高温磷化处理得到镉基复合材料。

进一步地，所述Cd(NH₃)₂Cl₂/PPy前驱体的制备方法包括以下步骤：

以PPy碳载体、硝酸镉和盐酸多巴胺为原料，以氨水、水和乙醇的混合溶液为溶剂，将原料溶于溶剂后，经过常温搅拌反应得到Cd(NH₃)₂Cl₂/PPy前驱体。

进一步地，所述PPy碳载体的制备步骤包括：将CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、过硫酸铵和吡咯在HCl中搅拌得到黑色沉淀，然后洗涤、干燥即可。

进一步地，所述CTAB、过硫酸铵和吡咯的质量体积比为0.73g：1.73g：1mL。

进一步地，所述PPy碳载体、硝酸镉和盐酸多巴胺的质量比为0.1：0.616：0.5；

所述混合溶液中氨水、水和乙醇的体积比为1：20：45。

进一步地，所述高温磷化处理包括：Cd(NH₃)₂Cl₂/PPy前驱体和红磷混合，研磨，质量比为1：2，然后转入氩气氛围中，以5℃/min的升温速率升温至800℃煅烧2h。