一种非晶金属氧化物催化剂及其制备方法以及在锂氧电池中的应用技术

本发明专利技术提供了一种非晶金属氧化物催化剂在锂氧电池中的应用。与结晶态催化剂相比，非晶材料表面暴露的缺陷可以作为锂氧电池反应过程中的活性催化位点，可以大大提升其在锂氧电池中的催化性能。实验证明，非晶材料拥有更低的充放电过电势，改善了其对反应中间体的吸附，有利于放电产物过氧化锂的形成和分解，从本质上提升了OER和ORR活性。非晶催化剂在储能设备领域具备较高的应用价值。设备领域具备较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶金属氧化物催化剂及其制备方法以及在锂氧电池中的应用


[0001]本专利技术属于材料合成及锂氧电池
，具体涉及一种非晶金属氧化物催化剂及其制备方法以及在锂氧电池中的应用。

技术介绍

[0002]全世界都在大力开发新能源技术，例如风能、太阳能、水电、潮汐能、地热能等，其中电化学储能转换技术因其高效、可及性和与环境的相容性而备受关注。随着社会的快速发展，电动汽车、高端电子设备及大型储能设备等对能量密度的需求也逐渐提高，传统锂离子电池已接近其理论能量密度。为了满足远程电动汽车和便携式电子设备的迫切需求，发展更高能量密度的可充电电池势在必行，非水系锂氧电池因其超高的理论能量密度(3500Wh kg
‑1) 在未来的储能系统中具有巨大潜力，但是正极侧缓慢的动力学以及副反应极大地阻碍了其在实际生活中的应用。
[0003]近年来，研究人员致力于开发高效的非贵金属催化剂，过渡金属化合物因其低成本、储量丰富且价态多样可调等优势得到了广泛的青睐。然而，其导电性差和有限的催化活性限制了其应用。因此，合理设计高催化性能的催化剂对于提升锂氧电池性能至关重要。而含氧中间体在催化剂表面的吸附行为对调节含氧反应的动力学起着决定性的作用。调节含氧中间体的吸附行为是调节催化剂性能的关键。然而，目前对含氧中间体吸附行为的调控策略仍然有限。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种非晶金属氧化物催化剂及其制备方法以及在锂氧电池中的应用，本专利技术提供的。
[0005]本专利技术提供了一种非晶金属氧化物催化剂在锂氧电池中的应用。
[0006]优选的，所述非晶金属氧化物催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0007]A)将乙酰丙酮盐分散于溶剂中，得到混合溶液；
[0008]B)将模板剂的水溶液加入至所述混合溶液中，得到反应液；
[0009]C)将所述反应液干燥后进行热处理，得到热处理产物；
[0010]D)将所述热处理产物洗涤后冷冻干燥，得到非晶金属氧化物催化剂。
[0011]优选的，步骤A)中，所述乙酰丙酮盐选自乙酰丙酮钴和/或乙酰丙酮镍。
[0012]优选的，步骤A)中，当所述乙酰丙酮盐选自乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍时，所述乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍的质量比为2:1。
[0013]优选的，步骤A)中，所述溶剂选自无水乙醇。
[0014]优选的，所述模板剂选自溴化钾、氯化钾、硝酸钠或硝酸钾。
[0015]优选的，所述模板剂与乙酰丙酮盐的质量比为1:2～6。
[0016]优选的，步骤C)中，所述干燥在空气气氛条件进行，所述干燥的温度为60～80℃，
所述干燥的时间为3～6小时。
[0017]优选的，步骤C)中，所述热处理在空气气氛条件进行，所述热处理的温度为240～260℃，所述热处理的时间为90～120min。
[0018]优选的，所述洗涤为将所述热处理产物依次用乙醇和去离子水进行3～5 次离心清洗；所述冷冻干燥的时间为24～48小时。
[0019]与现有技术相比，本专利技术提供了一种非晶金属氧化物催化剂在锂氧电池中的应用。与结晶态催化剂相比，非晶材料表面暴露的缺陷可以作为锂氧电池反应过程中的活性催化位点，可以大大提升其在锂氧电池中的催化性能。实验证明，非晶材料拥有更低的充放电过电势，改善了其对反应中间体的吸附，有利于放电产物过氧化锂的形成和分解，从本质上提升了OER和ORR 活性。非晶催化剂在储能设备领域具备较高的应用价值。
[0020]实验表明，本专利技术提供的非晶金属氧化物具有优异的锂氧电池催化性能：在0.05mA cm
‑2的电流密度以及1.0mAh cm
‑2的截止容量下，非晶镍钴氧化物正极的过电势仅有0.74V，远低于结晶镍钴氧化物的过电势(1.04V)，体现了其对锂氧电池OER和ORR过程具有优异的催化活性。而且非晶镍钴氧化物正极表现出长达1000h以上的长循环寿命，且具有较低的终端放电电压损失。而对于结晶镍钴氧化物正极，稳定循环时间仅有400h。
附图说明
[0021]图1为非晶镍钴氧化物的高分辨率透射电子显微镜图和选区电子衍射图；
[0022]图2为非晶以及结晶镍钴氧化物的X射线衍射谱图；
[0023]图3为非晶镍钴氧化物电极在0.05mA cm
‑2的电流密度下，截止容量为 1.0mAh cm
‑2时的恒流放电和充电曲线；
[0024]图4为电流密度为0.05mA cm
‑2，截止容量为0.5mAh cm
‑2时的循环性能；
[0025]图5为非晶氧化钴电极在0.05mA cm
‑2的电流密度下，截止容量为1.0 mAh cm
‑2时的恒流放电和充电曲线；
[0026]图6为非晶氧化镍电极在0.05mA cm
‑2的电流密度下，截止容量为1.0 mAh cm
‑2时的恒流放电和充电曲线。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种非晶金属氧化物催化剂在锂氧电池中的应用。
[0028]其中，所述非晶金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0029]A)将乙酰丙酮盐分散于溶剂中，得到混合溶液，所述乙酰丙酮盐选自乙酰丙酮钴和/或乙酰丙酮镍；
[0030]B)将模板剂的水溶液加入至所述混合溶液中，得到反应液；
[0031]C)将所述反应液干燥后进行热处理，得到热处理产物；
[0032]D)将所述热处理产物洗涤后冷冻干燥，得到非晶金属氧化物催化剂。
[0033]本专利技术首先将乙酰丙酮盐分散于溶剂中，得到混合溶液。
[0034]其中，所述乙酰丙酮盐选自乙酰丙酮钴和/或乙酰丙酮镍。当所述乙酰丙酮盐选自乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍时，本专利技术对所述乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍的质量比没有特殊限制，优选为2:1。
[0035]所述溶剂选自无水乙醇。
[0036]所述混合溶液中，所述乙酰丙酮盐与溶剂的质量体积比为10～15mg： 10～50mL，优选为5mg：10mL、10mg：10mL、15mg：10mL，或10～15mg： 10～50mL之间的任意值。
[0037]本专利技术对所述混合方式并没有特殊限制，优选为超声分散混合。
[0038]然后，配制模板剂的水溶液，其中，所述模板剂的水溶液的浓度为20～50 mg/ml，优选为20、30、40、50，或20～50mg/ml之间的任意值。
[0039]将模板剂的水溶液加入至所述混合溶液中，得到反应液。
[0040]在本专利技术中，所述模板剂与乙酰丙酮盐的质量比为1:2～6，优选为1:2、 1:3、1:4、1:5、1:6，或1:2～6之间的任意值。
[0041]得到反应液后，将所述反应液干燥后进行热处理，得到热处理产物。
[0042]其中，本专利技术对所述反应液干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的干燥方法即可。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶金属氧化物催化剂在锂氧电池中的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述非晶金属氧化物催化剂的制备方法包括以下步骤：A)将乙酰丙酮盐分散于溶剂中，得到混合溶液；B)将模板剂的水溶液加入至所述混合溶液中，得到反应液；C)将所述反应液干燥后进行热处理，得到热处理产物；D)将所述热处理产物洗涤后冷冻干燥，得到非晶金属氧化物催化剂。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤A)中，所述乙酰丙酮盐选自乙酰丙酮钴和/或乙酰丙酮镍。4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤A)中，当所述乙酰丙酮盐选自乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍时，所述乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍的质量比为2:1。5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，步骤A)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王功名，钱逸泰，雷芯，刘波，朱子轩，周雅，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：