本发明专利技术公开了一种锂空气电池双功能电极催化剂，该催化剂为具有大量微孔且孔尺寸可调控性强，具有极高的比表面积和热力学稳定性的掺杂N的MOF(金属-有机骨架材料)材料，掺杂N后的MOF材料能将N均匀的掺杂于MOF骨架中，其中N占MOF材料原子比为0.2-15％。将该材料应用在锂空气电池催化剂材料上，可以最大限度的降低电池的过电势，提高电池双程效率以及电池的循环寿命。本发明专利技术的优点是，制备工艺简单，可重复性好、成本低、掺氮方式易于实现，有助于锂空气电池实现工业化。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种锂空气电池双功能电极催化剂，该催化剂为具有大量微孔且孔尺寸可调控性强，具有极高的比表面积和热力学稳定性的掺杂N的MOF(金属-有机骨架材料)材料，掺杂N后的MOF材料能将N均匀的掺杂于MOF骨架中，其中N占MOF材料原子比为0.2-15％。将该材料应用在锂空气电池催化剂材料上，可以最大限度的降低电池的过电势，提高电池双程效率以及电池的循环寿命。本专利技术的优点是，制备工艺简单，可重复性好、成本低、掺氮方式易于实现，有助于锂空气电池实现工业化。【专利说明】一种锂空气电池双功能电极催化剂
本专利技术涉及一种锂空气电池催化剂，更具体的说是一种具有双功能催化活性的锂空气电池催化剂。
技术介绍
交通工具消耗石油的不可持续性以及消耗石油带来的严重的环境问题，使得人们比以往任何时候都急切的希望拥有高能量及能量密度的电池设备，它的缺乏已经严重阻碍了大众对电动交通工具的认可度。例如，现存的电动交通设备因锂离子电池较低的可用比能量密度而限制了其移动的范围。要解决这个问题，人们做了大量有意义的工作来研宄锂空气电池，因为锂空气电池具有高的理论能量密度。例如，G.Girishkumar等人的研宄指出，汽油的重量能量密度为13000Wh/Kg，而实际汽车汽油的转化效率为12.6%，因此可使用的汽油有效重量能量密度仅为1700Wh/Kg ;而G.Girishkumar等人认为锂空气电池的研宄过程中如果可以克服电池结构及电解液等方面的局限因素其实际有效重量能量密度也会达到1700Wh/Kg。即使相对保守的估计锂空气电池的能量密度也比最新的锂离子电池的能量密度要高出多余4倍，正因为锂空气电池在提供能量密度方面有如此优秀的前景，人们正努力研发锂空气电池用于各种实际应用。然而，到目前为止，对于实现锂空气电池的潜力应用于实际应用这个过程仍然面临许多科学理论和技术上的挑战。 锂离子电池使用的是高当量的层间化合物做电极材料，而与此不同的是锂空气电极使用的是低当量的金属做负极，质量轻而且多孔的碳基材料做正极。锂空气电池相比于传统电池的优势主要包括高理论能量密度以及低成本。在所有电池中锂空气电池无疑是最吸引人们关注的，锂空气电池系统具有更高的理论能量密度可以提供最好电位在大多数新兴的应用中来满足对电量存储方面最具挑战的需求。而且对于锂离子电池负极的有效改进同样适用于锂空气电池。然而要成功开发出商业上可行的锂空气电池关键还是依赖于生产高效率可逆性能好的空气电极。 在各种金属空气电池中，所有的正极都包含在放电时的失氧反应和在充电过程中的生氧反应，当电极处于不同的电解液中时，失氧反应和生氧反应有显著的不同。对于一个无水锂电池来说，在失氧反应中催化剂表面伴随着难溶的Li2O2或者L12, Li2O2或者L1 2会聚集在O2进出的电极孔道内。在无水电解液中锂空气电池的总反应可以做如下描述: 2Li+02— Li 202 (E0= 2.96V) or 4Li+02— 2Li 20 (E0= 2.91V). 于此相反对于一个碱性水溶液条件下的锂空气电池，阴极反应的产物L1H是可以溶解于电解液中的，有效解决了在放电过程中空气电极的阻塞问题，总反应描述如下: 4Li+02+2H20 一 4L1H(E。= 3.2V). 在所有的金属空气电池中，锂空气电池的具有在相对高的电位下能很好的传递最高理论能量密度的显著优势。放电反应的失氧(ORR)过程和充电反应的生氧OER都在决定金属空气电池的性能特点方面扮演着至关重要的角色，这些电池关键特性包括充电放电速率，容量稳定性能及能量效率和电池循环寿命等。0册、0现过程产生的过电势显著的减少了电池能量的输出以及降低了金属空气电池的双程效率。在金属空气电池中，空气电极的0册过程包括如下五步:氧气从外界扩散到催化剂表面，氧气在催化剂表面的吸收，电子从阳极转移到氧气分子，02化学键的削弱及断裂，最后是生成的氢氧根离子由催化剂表面向电解液中转移(对无水电解液来说，是产物形成的步骤在充电过程中，金属空气电池的0现是0册过程的逆向过程。在金属空气电池中，影响空气电极性能的因素包括催化剂的活性，催化剂颗粒的形态，以及空气电极的构造。在过去的几十年中，人们投入了很大精力来研宄金属空气电池中0册过程的高活性催化剂，许多实际问题和理论问题仍然没有得到很好的解决。 许多研宄表明通过在空气电极上使用催化性能好的材料可以显著降低0册和0现过程产生的过电势。即使贵金属催化剂及它们组成的合金催化剂对0册和0现过程有着很好的催化活性，但是贵金属催化剂价格高昂，从而难以进行锂空气电池的商业应用。从经济竞争角度看，现实可行的锂空气电池必须使用非贵金属作为其催化剂。至今，已经研宄了几种非贵金属催化剂应用与锂空气电池，这几种催化剂包括金属氧化物催化剂，碳基材料催化剂以及过渡金属大环材料。 金属-有机物骨架结构材料是一种新型的多孔材料，它是由金属离子与有机配体相互侨联形成的一种新型多孔材料。与现有多孔材料相比，服)1?具有高比表面积，结构和功能可调等显著优点；他不仅可用作催化剂载体，而且语气结构和功能具有可调性，可以设计将金属离子或服上的官能团直接作为催化反应的活性位。因此，10？8是一种非常优秀的催化材料。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述现有技术所存在的不足之处提供一种工艺简单、成本低、可有效提高电池效率及性能的双功能电催化性能的锂空气电池正极催化剂。 本专利技术解决技术问题采用如下技术方案: 本专利技术锂空气电池双功能正极催化剂的结构特点是:所述催化剂为表面进行氮掺杂的金属-有机骨架材料。 本专利技术锂空气电池双功能正极催化剂的结构特点在于:所述催化剂是呈粒径为0.1-20011111的粉末状物。 所述金属-有机骨架材料为10？ (^6)、10？ (0)、10？ (￠11)、10？(附)。 本专利技术锂空气电池双功能正极催化剂是按照如下步骤制备: 采用水热法合成10？。 按如下步骤对10？的表面进行氮包覆: ￡1.采用水热法合成10？ 匕按如下步骤对10？的表面进行氮包覆: 61.将乙醇和去离子水按照1:1混合得混合液，将所述混合液15-3(^1、10？0.025-0.和浓氨水10-3001混合并超声反应得到混合均匀的悬浮液； 62.真空抽滤所述悬浮液，取滤饼于401:下烘8-20小时，得干燥滤饼； 63.研磨所述干燥滤饼，将研磨后的粉末在管式炉中进行热处理得到黑色粉末产物。所述黑色粉末产物即为表面进行氮包覆的服^ ；所述热处理的条件为:在队气氛中将管式炉以1-51: /111111的速率升温至3001，维持3001:的温度处。 与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在: 本专利技术所制备的氮掺杂的金属-有机骨架材料10？催化剂具有较好的双功能催化活性，服^具有很高的比表面积和丰富的微孔结构，不仅有利于氧气的扩散和传输，而且可以为氧析出(02?和氧还原(01?)反应提供更大的反应界面，进而可以减小电池充电过电位、降低充电电压，从而达到提高锂空气电池充放电效率和循环效率提高电池循环寿命的最终目的。 本专利技术所制备的氮掺杂的金属-有机骨架材料10？催化剂具有丰富的不饱和配位的金属离子可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂空气电池双功能电极催化剂，该催化剂为具有大量微孔且孔尺寸可调控性强，具有极高的比表面积和热力学稳定性的掺杂N的MOF(金属‑有机骨架材料)材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：银凤翔，李国儒，
申请(专利权)人：北京化工大学常州先进材料研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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