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1、(10)申请公布号 CN 103007927 A (43)申请公布日 2013.04.03 CN 103007927 A *CN103007927A* (21)申请号 201210541075.1 (22)申请日 2012.12.13 B01J 23/42(2006.01) (71)申请人 北京化工大学常州先进材料研究院 地址 213164 江苏省常州市常武中路 801 号 常州科教城 520 大道北京化工大学常 州先进材料研究院 A 座 211 (72)发明人 李国儒 银凤翔 陈标华 王亮 (54) 发明名称 一种锂空气电池用铂 / 石墨烯催化剂的制备 方法 (57) 摘要 本发明公开一种锂。
2、空气电池用铂 / 石墨烯催 化剂的制备方法， 该催化剂采用石墨烯为载体， 以 硼氢化钠或乙二醇为还原剂， 将氧化石墨与氯铂 酸共还原， 得到一种锂空气用铂 / 石墨烯催化剂， 其铂含量为 5 50wt%。所制备的催化剂的活性 组分在石墨烯载体上分散均匀， 对锂空气电池相 关电催化反应具有优异的催化性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 1/1 页 2 1. 一种锂空气电池用铂 / 石墨烯催化剂的制备方法， 其特征在于制备方法如下 ： A硼氢化钠还原法 ： 取氧化石墨超声分。
3、散于去离子水中形成 0.05 1wt% 的氧化石墨 分散液， 加入氯铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中负载量为 5 50wt%， 用 0.5 4M 氢氧化钾水溶液调节 pH 值至 9 13， 加入硼氢化钠及去离子水， 其中， 硼氢化钠与氧化 石墨分散液体积之比为 1 ： 1 1 ： 5， 去离子水与氧化石墨分散液体积之比为 1 ： 1 5 ： 1， 还 原 1 18 小时， 然后抽滤， 并用去离子水洗涤， 60 100干燥 6 24 小时， 得到一种锂空 气电池用的铂 / 石墨烯催化剂 ； 或B 乙二醇还原法 ： 取氧化石墨超声分散于乙二醇中形成0.051wt%的氧化石墨分 散液， 。
4、加入氯铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中负载量为 5 50wt%， 用 0.5 4M 氢氧化钾乙二醇溶液调节 pH 值至 9 13， 90 150下还原 3 12 小时， 然后抽滤， 并用 去离子水洗涤， 将产物 60 100干燥 6 24 小时， 得到一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯 催化剂。 权 利 要 求 书 CN 103007927 A 2 1/3 页 3 一种锂空气电池用铂 / 石墨烯催化剂的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种锂空气电池用催化剂制备方法， 特别是一种锂空气电池用铂 / 石 墨烯催化剂的制备方法。 背景技术 0002 锂空气电池具有能量密度高、 体系。
5、轻、 无毒无污染、 价格低廉等优点， 具有巨大的 应用前景。但是由于催化剂活性、 稳定性以及成本问题使得锂空气电池目前难以达到商业 化应用的要求。采用合适的催化剂载体或改善载体结构， 有利于提高催化剂性能。各类导 电碳材料， 如碳微球、 多壁碳纳米管、 单壁碳纳米管等被用作电催化剂载体， 以期改进其稳 定性。 0003 石墨烯是具有少于 10 层石墨分子层状结构的碳材料， 比表面积较高 （单层石墨烯 理论比表面积可达 2620m2/g)， 可以提供较多的金属活性位。同时， 石墨烯表现出很强的量 子效应， 具有良好的电子传导能力。 通过第一原理计算发现， 铂簇可以稳定地负载于石墨烯 上， 而一氧。
6、化碳或氢在金属铂颗粒上的吸附能会因为石墨烯的存在而降低， 这更利于锂空 气电池中的反应。因此， 石墨烯非常适合做电催化剂的载体。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯催化剂， 这种催化剂使用石 墨烯为载体， 利用石墨烯特有的量子效应和二维延展性， 以提高催化剂的稳定性。 通过将氯 铂酸和氧化石墨进行共混， 使用硼氢化钠或乙二醇作为还原剂进行共还原， 通过调节还原 时间来控制催化剂的活性， 从而制备出具有更高稳定性的锂空气电池催化剂。 0005 一种锂空气电池用铂 / 石墨烯催化剂通过以下方法来制备 ： 0006 A硼氢化钠还原法 ： 取氧化石墨超声分散于去离子。
7、水中形成 0.05 1wt% 的氧化 石墨分散液， 加入氯铂酸混合均匀， 使铂在铂/石墨烯催化剂中载量为550wt%， 用0.5 4M 氢氧化钾水溶液调节 pH 值至 9 13， 加入硼氢化钠及去离子水， 其中， 硼氢化钠与氧化 石墨分散液体积之比为 1 ： 1 1 ： 5， 去离子水与氧化石墨分散液体积之比为 1 ： 1 5 ： 1， 还 原 1 18 小时， 然后抽滤， 并用去离子水洗涤， 60 100干燥 6 24 小时， 得到一种锂空 气电池用的铂 / 石墨烯催化剂 ； 0007 或 B乙二醇还原法 ： 取氧化石墨超声分散于乙二醇中形成 0.05wt% 1wt% 的 氧化石墨分散液， 。
8、加入氯铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中载量为 5 50wt%， 用 0.5 4M 氢氧化钾乙二醇溶液调节 pH 值至 9 13， 90 150下还原 3 12 小时， 然后 抽滤， 并用去离子水洗涤， 将产物60100干燥624小时， 得到一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯催化剂。 0008 本发明的一种锂空气电池用铂 / 石里烯催化剂， 采用石墨烯为载体， 利用石墨烯 特有的量子效应在石墨烯表面形成电负中心， 在催化剂制备过程中吸附铂粒子， 使铂粒子 能更稳定地负载于载体表面， 不易迁移， 提高催化剂的稳定性 ； 同时由于石墨烯很大的比表 说 明 书 CN 103007927 A 。
9、3 2/3 页 4 面积， 负载的铂粒子不易相互接触团聚， 可以更好地提高和保持催化剂的催化活性。 具体实施方式 0009 本发明的一种锂空气电池用铂 / 石墨烯催化剂的电化学活性表面积和稳定性的 检测方法是通过在标准三电极体系中进行循环伏安测试完成的。采用铂丝作为对电极， 饱 和甘汞电极 (SCE) 作为参比电极， 直径 5mm 的玻碳电极为工作电极， 电解质为 0.1mol/L 的 KOH 溶液。测试在 CHI760E（上海辰华公司） 系统上 进行， 具体操作过程为 ： 准确称取 5mg 催化剂粉体， 加入 50L 的 5wt%Nafion(Du Pont 公司 ) 溶液， 超声分散于 1。
10、mL 去离子水中。 移取 6L 滴于玻碳电极表面， 室温干燥。测试前， 先在浸入三电极的 KOH 体系中通入氩气 半小时， 以 50mV/s 的扫描速率在 -1.0V 到 0.2V (SCE) 区间内进行多次循环伏安扫描， 直至 曲线稳定。 0010 实施例 1硼氢化钠还原法 0011 取氧化石墨超声分散于去离子水中形成 0.5wt% 的氧化石墨分散液 2g， 加入 1.35mg 氯铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中载量为 5wt%。以 0.5M 氢氧化钾水溶 液调节 pH 值至 9， 加入 0.16g 硼氢化钠及 5g 去离子水， 还原 1 小时， 然后抽滤， 并用去离子 水洗涤，。
11、 100干燥 6 小时， 得到一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯催化剂。催化剂电化学活 性测试结果显示最大电流密度为 5.8mA/cm2， 开路电压为 -0.05V。 0012 实施例 2硼氢化钠还原法 0013 取氧化石墨超声分散于去离子水中形成 1wt% 的氧化石墨分散液 5g， 加入 14mg 氯 铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中载量为 10wt%。以 1M 氢氧化钾水溶液调节混合 液pH值至10， 加入0.47g硼氢化钠和7g去离子水， 还原2小时， 然后抽滤， 并用去离子水洗 涤， 60干燥 10 小时， 得到一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯催化剂。催化剂电化学活性测 试结。
12、果显示最大电流密度为 6.4mA/cm2， 开路电压为 -0.04V。 0014 实施例 3硼氢化钠还原法 0015 取氧化石墨超声分散于去离子水中形成 0.06wt% 的氧化石墨分散液 10g， 加入 3.23mg 氯铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中载量为 20wt%。以 2M 氢氧化钾水溶液 调节pH值至10， 加入2g氢氧化钠和12g去离子水， 还原4小时， 然后抽滤， 并用去离子水洗 涤， 80干燥 12 小时， 得到一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯催化剂。催化剂电化学活性测 试结果显示最大电流密度为 6.8mA/cm2， 开路电压为 -0.03V。 0016 实施例 4乙。
13、二醇还原法 0017 取氧化石墨超声分散于乙二醇中形成0.08wt%的氧化石墨分散液4g， 加入2.57mg 氯铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中载量为 30wt%。以 3M 氢氧化钾乙二醇溶液调 节 pH 值至 9， 90下还原 2 小时， 然后抽滤， 并用去离子水洗涤， 将产物 100干燥 6 小时， 得到一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯催化剂。催化剂电化学活性测试结果显示最大电流密 度为 7.2mA/cm2， 开路电压为 -0.03V。 0018 实施例 5乙二醇还原法 0019 取氧化石墨超声分散于乙二醇中形成0.07wt%的氧化石墨分散液8g， 加入7.41mg 氯铂酸混合均匀， 使铂在铂 / 石墨烯催化剂中载量为 50wt%。以 3.5M 氢氧化钾乙二醇溶液 调节 pH 值至 13， 100下还原 24 小时， 然后抽滤， 并用去离子水洗涤， 将产物 80干燥 24 说 明 书 CN 103007927 A 4 3/3 页 5 小时， 得到一种锂空气电池用的铂 / 石墨烯催化剂。催化剂电化学活性测试结果显示最大 电流密度为 8.2mA/cm2， 开路电压为 -0.01V。 0020 说 明 书 CN 103007927 A 5 。