一种金属空气电池催化剂前驱体的制备方法

1.本发明涉及金属空气电池领域，具体涉及一种金属空气电池催化剂前驱体的制备方法。


背景技术：

2.能源是发展的基石，目前我国的能源消耗仍是以一次能源为主，虽然带来了高速的发展，但能源危机的爆发以及近年来日益严重的环境问题，使新能源的发展迫在眉睫。
3.目前，市场上运用最广泛的是锂离子电池。锂离子电池的能量密度较高，体积能量密度为450wh/dm3，质量能量密度为150wh/kg，但由于锂离子电池成本过高且放电电流密度小，对于目前快速发展的新能源汽车领域以及重工业在生产上所用大功率设备，锂离子电池在性能上不具备明显的竞争优势。因此，金属空气电池以其高比能量、性能稳定并且成本较低的优势被誉为理想、高效的能量转换和储存技术，广泛的研究致力于开发金属空气电池催化剂。
4.mof是一类由单金属离子或多核的金属簇与有机配体通过配位键链接形成的晶态多孔材料，具有化学组成丰富、比表面积大、可调控的孔道及多样化的拓扑结构等性质，使其在催化领域有着出色的性能和非常广泛的应用潜能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种金属空气电池催化剂前驱体，制备出一种kb与mof的复合材料，将mof的尺寸调控在40~100nm。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种金属空气电池催化剂前驱体的制备方法，其包括如下步骤：
8.步骤一：将kb、金属盐按质量比超声分散于甲醇中，得到反应溶液a，将2-甲基咪唑超声分散于甲醇中，得到反应溶液b；
9.步骤二：将步骤一得到的反应溶液b快速加入搅拌状态下的反应溶液a中，并持续搅拌，搅拌后的混合溶液用无水乙醇多次离心洗涤后真空干燥，即得。
10.进一步的，步骤一中kb、金属盐和2-甲基咪唑质量比为1:（2.3~2.9）:（2.6~3.3）。
11.进一步的，步骤一中的金属盐为钴、镍、锌的硝酸盐。
12.进一步的，步骤二中搅拌速度、搅拌温度、搅拌时间没有特殊要求，得到颗粒大小均匀的mof即可，干燥温度、干燥时间没有特殊要求，得到粉末即可。
13.本发明提供了采用上述制备方法制备得到金属空气电池催化剂前驱体。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
15.（1）本发明首次采用mof材料与kb复合，得到了40~100nm的超小粒径的mof，提高了mof材料的比表面积和孔隙率。
16.（2）本发明制备得到的金属空气电池催化剂前驱体可以通过刻蚀、退火、负载贵金属等多种方法衍生出适用于各种催化反应的催化剂。
附图说明
17.图1为本发明实施例1制备方法得到的金属空气电池催化剂前驱体的xrd图谱。
18.图2为本发明实施例1制备方法得到的金属空气电池催化剂前驱体的扫描电镜图。
19.图3为本发明实施例1制备方法得到的金属空气电池催化剂前驱体的线性扫描伏安曲线图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。
21.实施例1
22.步骤一：将450mg kb、1164mg硝酸钴超声分散于100ml甲醇中，得到反应溶液a，将1313.6mg 2-甲基咪唑超声分散于100ml甲醇中，得到反应溶液b；
23.步骤二：将步骤一得到的反应溶液b快速加入搅拌状态下的反应溶液a中，并持续搅拌，搅拌速度为750rpm，搅拌温度为20℃，搅拌时间为2h，搅拌后的混合溶液用无水乙醇多次离心洗涤后60℃真空干燥8h，得到金属空气电池催化剂前驱体zif-67/kb。
24.实施例2
25.制备过程同实施例1，并对制备得到的金属空气电池催化剂前驱体zif-67/kb以及kb进行xrd测试。如图1所示，通过与标准zif-67图谱对比确认实施例1所得的前驱体为mof材料，并且与kb达到了复合效果。
26.实施例3
27.制备过程同实施例1，并对制备得到的金属空气电池催化剂前驱体zif-67/kb进行扫描电镜拍摄。如图2所示，金属空气电池催化剂前驱体zif-67/kb的颗粒粒径在40~100nm。
28.实施例4
29.使用实施例1制备得到的金属空气电池催化剂前驱体zif-67/kb以及kb进行线性扫描伏安测试。如图3所示，使用本发明制备的金属空气电池催化剂前驱体zif-67/kb的半波电位为0.664v，极限电流密度为4.85ma/cm2，高于kb，明显提高了mof材料的催化活性。
30.上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不仅仅局限于上述实施例，本领域技术人员应该明白，凡是依据上述原理及精神在本发明基础上改进、替换所获得的技术方案，都应在本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种金属空气电池催化剂前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将kb、金属盐按质量比超声分散于甲醇中，得到反应溶液a，将2-甲基咪唑超声分散于甲醇中，得到反应溶液b；步骤二：将步骤一得到的反应溶液b快速加入搅拌状态下的反应溶液a中，并持续搅拌，搅拌后的混合溶液用无水乙醇多次离心洗涤后真空干燥，即得。2.根据权利要求1所述的金属空气电池催化剂前驱体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的kb、金属盐和2-甲基咪唑质量比为1:（2.3~2.9）:（2.6~3.3）。3.根据权利要求1所述的金属空气电池催化剂前驱体的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的金属盐为钴、镍、锌的硝酸盐。4.根据权利要求1所述的金属空气电池催化剂前驱体的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的搅拌速度、搅拌温度、搅拌时间没有特殊要求，得到颗粒大小均匀的mof即可，干燥温度、干燥时间没有特殊要求，得到粉末即可。

技术总结
本发明公开了一种金属空气电池催化剂前驱体的制备方法，主要通过在金属有机框架材料（MOF）的合成过程中调控导电碳材料科琴黑（KB）的加入量，将MOF材料的粒径控制在40~100nm，显著提高了MOF材料的比表面积与孔隙率。对该前驱体进行刻蚀、退火、负载贵金属等处理，可以得到性能优良的金属空气电池催化剂，增强了MOF材料在催化应用中的优势，具有良好的应用前景。景。景。


技术研发人员：张岩松 罗志虹
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/1