本发明专利技术提供了八面体形貌金属氧化物在燃料电池中的应用，本发明专利技术的八面体形貌金属氧化物可以单独作为燃料电池的阴极，也可以作为燃料电池阴极的催化剂。燃料电池测试结果显示，在pH≥8的环境介质中，八面体形貌金属氧化物对氧还原反应具有高的催化活性和高的氢氧根离子选择性。本发明专利技术的八面体形貌金属氧化物成本低廉，对氧还原反应的催化活性高、选择性高，在燃料电池阴极侧的应用易于控制，以达到高选择性、高效率的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及八面体形貌金属氧化物的应用，特别涉及八面体形貌金属氧化物在燃料电池中的应用。
技术介绍
燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，最早于1839年由英国的Grove所专利技术。由于其具有能量转换效率高、环境友好、积木化强等优势，燃料电池被称之为21世纪清洁、友好的绿色发电技术。燃料电池包括电解质和阴、阳电极三部分。在阴极侧发生氧分子参与的还原反应，一般情况下把阴极反应直接简称为氧还原反应。在燃料电池研究初始，一直选用贵金属作为阴极材料或者阴极有效的催化剂。这是因为贵金属对氧还原反应有很好的催化活性。但是贵金属的价格高、资源少的缺点导致燃料电池的成本居高难下。因此寻找一种高效、低价的非贵金属材料取代原有的贵金属 材料是非常迫切需求的。金属氧化物就是一种非常具有发展前途的材料，无论是单独作为阴极材料还是作为阴极侧的催化剂都显示了良好的催化活性。目前，不同结构、组成的金属氧化物都已有报道。J. Ponce等人在《ElectrochimicaActa》杂志2001年第46卷3373页报道了不同镍取代的NixAl卜舞及丨I ^ x ^ O)对氧还原反应具有不同的催化活性，其中NiMn2O4活性最佳。N. L. Wu等人在《Electrochimica Acta))杂志2003年第48卷1567页实现了钙钛矿结构的Laa6Caa4CoO3对氧还原反应的催化活化。R. N. Singh等人在《Electrochimica Acta))杂志2004年第49卷4605页报道了纳米颗粒CoFe2O4在5mM KOH溶液中对氧还原反应呈现出可观的催化活性。F. Y. Cheng等人在《ACSApplied materials& Interfaces》杂志 2009年第 I 卷460 页和《Chemistry of Materials))杂志2010年第22卷898页报道了不同种类和结构的线状锰氧化合物(α-、β-、Y-MnO2,Mn2O3)成功应用于催化碱性溶液中的氧还原反应，半波电位在O. 7V附近，反应选择性差，严重出现副产物过氧化氢。J. B. Xu等人在《Energy& Environmental Science))杂志2012第5卷5333页报道了短棒状Co3O4也具有可观的催化活性。尽管现有的报道显示金属氧化物对氧还原反应具有可观的催化活性，但是在氧还原反应的产物控制上还是很难做到控制自如。换言之，之前报道结果中的产物除了氢氧根离子以外还有大量的过氧化氢存在，降低了阴极反应的选择性，即降低了阴极侧的工作效率。如果要使催化剂的活性和反应的选择性均具有较高的数值的话，就需要催化剂对产生氢氧根离子具有高的选择性。但是目前，即可以成功地控制反应高选择性，又同时具有高活性的催化剂尚未报道，尤其是金属氧化物。金属氧化物的形貌控制属目前国际纳米材料研究的前沿课题，尤其是可调控的八面体形貌金属氧化物作为碱性的燃料电池的阴极尚未报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供低成本的、高可控性的八面体形貌金属氧化物及其在燃料电池中的应用。本专利技术提供了一种八面体形貌金属氧化物，该金属氧化物为八个面围成的空间几何结构的金属氧化物，其为尖晶石结构氧化物，其化学式为m304。本专利技术提供的八面体形貌金属氧化物，所述金属氧化物中的金属M为锂、镁、铝及过渡金属中的单一金属或几种金属的组合；组合金属的数目为2飞种，其中包括2和5种。本专利技术还提供了一种八面体形貌金属氧化物在燃料电池中的应用，该八面体形貌金属氧化物单独作为燃料电池的阴极或作为燃料电池阴极的催化剂。所述的燃料电池的电解质为碱性的溶液或者碱性的膜；碱性的要求为pH ^ 8。本专利技术提供了八面体形貌金属氧化物应用于燃料电池，涉及八面体形貌金属氧化物在燃料电池领域阴极侧的使用。本专利技术的八面体形貌金属氧化物可以单独作为燃料电池的阴极，也可以作为燃料电池阴极的催化剂。燃料电池测试结果显示，在PH > 8的环境介质中，八面体形貌金属氧化物对氧还原反应具有高的催化活性和高的氢氧根离子选择性。本专利技术的八面体形貌金属氧化物成本低廉，对氧还原反应的催化活性高、选择性高，在燃料电 池阴极侧的应用易于实现控制。具体实施例方式以下实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例I依本专利技术的技术方案，将八面体形貌Co3O4作为燃料电池的阴极进行电化学性能测试。实验采用半电池测试法，电解质采用O. 01mol/L的氢氧化钠溶液，钼丝作为对电极，IM NaOH Hg/Hg0/0Hlt为参比电极。八面体形貌Co3O4浆料涂覆于旋转圆盘电极之上，干燥后进行测试。旋转圆盘测试时，旋转速度设定为400rpm, IOOOrpm, 1600rpm和2500rpm。测试结果显示，四个测试速度对半波电位的影响小于其对极限电流密度的影响。半波电位均在0.832V(vs.RHE)附近，说明催化活性良好。速度从小到大，极限电流密度变化为1.4mA/cm2, 2. OmA/cm2, 2. 7mA/cm2, 3. 5mA/cm2。根据极限电流密度推算的氧还原反应的电子转移数为4. 0，说明反应对氢氧根离子的选择性为百分百。实施例2依本专利技术的技术方案，将八面体形貌Mn3O4作为燃料电池的阴极氧还原反应的催化剂进行电化学性能测试。实验采用半电池测试法，电解质采用0. 01mol/L的氢氧化钠溶液，钼丝作为对电极，IMNaOH Hg/Hg0/0Hlt为参比电极。八面体形貌Mn3O4与碳材料进行重量比1:1混合制得浆料，并涂覆于旋转圆盘电极之上，干燥后进行测试。旋转圆盘测试时，旋转速度设定为400rpm, IOOOrpm, 1600rpm和2500rpm。测试结果显不，四个测试速度对半波电位的影响小于其对极限电流密度的影响。半波电位均在0.840V(vs.RHE)附近，说明催化活性良好。速度从小到大，极限电流密度变化为I. 4mA/cm2,2. lmA/cm2,2. 8mA/cm2,3. 5mA/cm2。根据极限电流密度推算的氧还原反应的电子转移数为4. 0，说明反应对氢氧根离子的选择性为百分百。实施例3依本专利技术的技术方案，将八面体形貌Fe3O4作为燃料电池的阴极氧还原反应的催化剂进行电化学性能测试。实验采用半电池测试法，电解质采用I. OOmol/L的氢氧化钠溶液，钼丝作为对电极，IM NaOH Hg/Hg0/0H_作为参比电极。八面体形貌Fe3O4与碳材料进行重量比2 3混合制得浆料，并涂覆于旋转圆盘电极之上，干燥后进行测试。旋转圆盘测试时，旋转速度设定为400rpm, IOOOrpm, 1600rpm和2500rpm。测试结果显不，四个测试速度对半波电位的影响小于其对极限电流密度的影响。半波电位均在O. 845V(vs. RHE)附近，说明催化活性良好。速度从小到大，极限电流密度变化为I. 2mA/cm2,1. 7mA/cm2,2. 5mA/cm2,3. 2mA/cm2。根据极限电流密度推算的氧还原反应的电子转移数为4. 0，说明反应对氢氧根离子的选择性为百分百。实施例4依本专利技术的技术方案，将八面体形貌Ag。. !Ni0.9Co204作为燃料电池的阴极氧还原反应的催化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种八面体形貌金属氧化物，其特征在于：该金属氧化物为八个面围成的空间几何结构的金属氧化物，其为尖晶石结构氧化物，化学式为M3O4，M为金属元素。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨维慎，刘焕英，朱雪峰，丛铀，刘妍，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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