專利名稱：一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鋰空氣電池的電催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰空氣電池具有容量大、比能量高、工作電壓平穩(wěn)、價格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)點，是一種具有巨大市場前景的化學(xué)電源。而空氣電極是鋰-空氣電池中的主要組成部件，其性能的好壞決定了電池輸出功率的大小。空氣電極催化劑的催化活性在電池的使用中起著關(guān)鍵的作用，空氣電極催化劑的催化活性越高，意味著在一定的工作電流密度下，以空氣電極為正極的鋰-空氣電池有的輸出電位越高。長期以來，催化劑的研究主要圍繞以下系列集中展開:貴金屬催化劑(如鉬及鉬合金、銀)，金屬螯合物，金屬氧化物(如尖晶石型氧化物，焦綠石型氧化物，鈣鈦礦型氧化物)等。貴金屬催化劑有很好的催化活性和穩(wěn)定性，但由于價格昂貴很難商品化。鈣鈦礦型復(fù)合氧化物對氧還原有較好的催化活性和穩(wěn)定性，但由于熱處理條件對鈣鈦礦晶型的形成有很大影響，而且大量研究表明催化性能也只是在100 180mA/cm2左右，達(dá)不到目前鋅-空氣電池發(fā)展的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備用于鋰空氣電池的催化劑及其制備方法，該催化劑氧還原活性高，制備方便，價廉易得。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案:一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑，催化劑的載體為金屬有機骨架(MOFs)。所述的催化劑的制備為在MOFs載體中加入錳鹽，再加入鈷鹽或鎳鹽中的至少一種，在堿溶液環(huán)境下反應(yīng)后，再經(jīng)去離子水洗滌、去除雜質(zhì)離子最終干燥而成；其中，主材料成份的重量百分比為:猛鹽5 30% ;鈷鹽O 25% ;鎳鹽O 25% ;余量為MOFs。所述的錳鹽為MnSO4, Mn (NO3) 2或者KMnO4 ;所述的鈷鹽為CoSO4, Co (NO3) 2或者CoCl2 ;所述的鎳鹽為 NiSO4, Ni (NO3)2 或者 NiCl20一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑的具體方法如下:首先將MOFs浸沒在氨水中，超聲攪拌均勻后，按比例加入錳鹽，再按比例加入鈷鹽或鎳鹽中的至少一種，然后加入堿溶液調(diào)節(jié)PH值在8 14，繼續(xù)超聲攪拌2 8小時；反應(yīng)完成后，用去離子水冼滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，70 120°C烘干，所述的堿溶液為NaOH或者KOH溶液。所述MOFs和氨水的比值為1:2 1:100。本發(fā)明制備的催化劑催化活性高、穩(wěn)定性好，而且制備過程操作簡單、成本低廉。
具體實施例方式實施例1將25g的MOFs浸沒在氨水中，MOFs與氨水的比值為1: 2，超聲攪拌均勻后，加入12.34g 的 Mn(NO3)2,加入 4.69g 的 CoSO4 和 8.79g 的 NiSO4，然后加入濃度為 0.1M KOH 溶液調(diào)節(jié)PH值為8，繼續(xù)超聲攪拌5.0小時；反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，70°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:錳鹽15%，鈷鹽5%，鎳鹽10%，余量為MOFs。實施例2將25g的石墨烯浸沒在氨水中，MOFs與氨水的比值為1:50，超聲攪拌均勻后，加入16.62g的MnSO4,加入11.91g的CoCl2,然后加入濃度為0.15M的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值為8，繼續(xù)超聲攪拌2.0小時；反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，90°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:錳鹽30%，鈷鹽15%，余量為MOFs。實施例3將25g的石墨烯浸沒在氨水中，MOFs與氨水的比值為1:80，超聲攪拌均勻后，加入
15.54g 的 KMnO4,加入 1.94g 的 Co (NO3) 2 和 19.47g 的 Ni (NO3)2,然后加入濃度為 0.05M NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值為8，繼續(xù)超聲攪拌8.0小時；反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，70°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:錳鹽30%，鈷鹽2%，鎳鹽20%余量為MOFs。實施例4將25g的MOFs浸沒在氨水中，MOFs與氨水的比值為1: 100，超聲攪拌均勻后，加入
16.62g的MnS04,加入11.91g的CoC12，然后加入濃度為0.05M KOH溶液調(diào)節(jié)pH值為8，繼續(xù)超聲攪拌4.0小時；反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，120°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:錳鹽30%，鈷鹽15%，余量為MOFs。實施例5將25gM0Fs浸沒在氨水中，MOFs與氨水的比值為1:20，超聲攪拌均勻后，加入
10.26g 的 MnSO4,加入 4.85g 的 Co(NO3)2 和 9.73g 的 Ni (NO3) 2，然后加入濃度為 0.15M NaOH溶液調(diào)節(jié)PH值為8，繼續(xù)超聲攪拌6.0小時；反應(yīng)完成后，用去離子水洗滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，90°C烘干。其中，主材料成分的重量百分比為:錳鹽20%，鈷鹽2%，鎳鹽20%，余量為MOFs。
權(quán)利要求
1.一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑，其特征在于，催化劑以金屬有機骨架(MOFs)為載體。
2.一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑，其特征在于，以MOFs為載體加入錳鹽，再加入鈷鹽或鎳鹽中的至少一種，在堿溶液環(huán)境下反應(yīng)后，再經(jīng)去離子水洗滌、去除雜質(zhì)離子最終干燥而成；其中，主材料成份的重量百分比為:錳鹽5 30% ;鈷鹽O 25% ;鎳鹽O 25% ;余量為MOFs。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑及制備方法，其特征在于:所述的錳鹽為MnSO4, Mn (NO3) 2或者KMnO4 ;所述的鈷鹽為CoSO4, Co (NO3) 2或者CoCl2 ；所述的鎳鹽為NiSO4, Ni (NO3)2或者NiCl2。
4.一種制備權(quán)利要求2所述的催化劑制備的方法，其特征在于，方法如下:首先將MOFs浸沒在氨水中，超聲攪拌均勻后，按比例加入錳鹽，再按比例加入鈷鹽或鎳鹽中的至少一種，然后加入堿溶液調(diào)節(jié)PH值在8 14，繼續(xù)超聲攪拌2 8小時；反應(yīng)完成后，用去離子水冼滌，去除雜質(zhì)離子，然后放入鼓風(fēng)干燥箱，70 120°C烘干，所述的堿溶液為NaOH或者KOH溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化劑制備方法，其特征在于，所述MOFs和氨水的比值為1:.2 1:100。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鋰空氣電池的Mn-M/MOFs催化劑及制備方法。催化劑以金屬有機骨架(MOFs)為載體，活性中心MnO、Mn2O3和Mn3O4為主體，摻雜了氧化鈷或氧化鎳。催化劑制備方法是將MOFs浸沒在氨水中，超聲攪拌均勻后加入錳鹽、鈷鹽或鎳鹽，然后加入堿溶液調(diào)節(jié)pH值；反應(yīng)完成后，洗滌、干燥。該催化劑用于鋰空氣電池陰極具有高效穩(wěn)定的電化學(xué)性能。
文檔編號B01J31/32GK103151543SQ20131006739
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者銀鳳翔, 陳標(biāo)華, 陳丹 申請人:北京化工大學(xué)常州先進材料研究院