生物模板法合成氧化物催化劑及其氧氣還原-析出性能.pdf

1、鋰/空氣電池具有理論能量密度大、體積小、重量輕、無污染等優(yōu)點，被認(rèn)為是未來最理想的能量儲存和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之一。但由于氧氣還原反應(yīng)(ORR)和析出反應(yīng)(OER)是動力學(xué)慢反應(yīng)，導(dǎo)致較高的充放電過電壓，降低了鋰/空氣電池性能。高效的電催化劑能有效促進ORR和OER，從而提高鋰/空氣電池性能。鈣鈦礦和尖晶石型氧化物具有較高的ORR/OER催化活性、低廉的價格以及良好的抗腐蝕穩(wěn)定性，因而在電催化領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。
　　本論文以西瓜花粉為模

2、板，采用共沉淀法和溶膠凝膠法分別合成了MnNiO3/MnNi2O4復(fù)合氧化物和CaMnO3氧化物催化劑，采用XRD、ICP、BET、XPS等表征手段探究了催化劑的組成和結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)研究了催化劑的ORR/OER雙功能性能。在MnNiO3/MnNi2O4復(fù)合氧化物催化劑中，重點研究了不同花粉模板劑添加量及不同煅燒溫度對復(fù)合物催化劑晶型結(jié)構(gòu)及電催化性能的影響。在450℃、花粉含量為20％時所制備的Mn-Ni-O(0.25∶

3、1)樣品具有最好的ORR活性(起始電壓為-0.058 V，半波電勢為-0.245 V);而該溫度下花粉含量為33.3％的Mn-Ni-O(0.5∶1)樣品具有最好的OER活性(0.8V下的電流密度為55.2 mA· cm-2)及最好的ORR/OER雙功能催化活性（OER電流密度為10 mA· cm-2時的電勢與ORR電流密度為-1 mA· cm-2時的電勢之差為0.86 V);結(jié)果表明以花粉為模板可獲得尖晶石/鈣鈦礦復(fù)合氧化物且具有較高比

4、表面積及孔徑，因而顯示出較好的雙功能催化活性。在CaMRO3氧化物催化劑中，重點考察了不同花粉模板劑添加量對催化劑結(jié)晶性、孔結(jié)構(gòu)以及電催化性能的影響。當(dāng)花粉添加量為0.34 g時所制備的CaMnO3(0.34)樣品具有最好的ORR/OER雙功能活性(ORR起始電壓為-0.061 V，且-0.2V時的電流密度為-0.6 mA· cm2; OER在0.8V時的電流密度為0.8 mA·cm-2);結(jié)果表明花粉模板劑的加入使得催化劑的結(jié)晶性增強