锌空气电池用氧还原催化剂载体材料制备方法

锌空气电池作为一种金属燃料电池，由于其阴极直接与空气接触，其活性物质就是空气中的氧气，所以其具有较高比能量（其理论比能量高达1350WhKg‐1）、低成本、环境友好等优点，近年来引起国内外科研工作者的注意，已有许多扣式锌空气电池商业化。锌空气电池由锌金属阳极、碱性电解液、以及空气阴极三部分组成。在电池放电过程中，锌阳极发生氧化反应，空气阴极则发生氧还原反应（ORR）。ORR过程比较复杂，一般认为在催化剂以及载体材料的共同作用下氧还原反应主要有四电子过程和二电子过程，四电子过程为理想过程：

四电子过程O2+2H2O+4e-→4OH-E0=0.401V；

二电子过程O2+H2O+2e-→HO2-+OH-E0=0.065V；

HO2-+H2O+2e-→3OH-E0=0.867V；

其中，二电子过程由于中间产物HO2-的生成则会降低锌空气电池的能量转化效率。若生成的HO2-继续发生2电子还原，则认为ORR过程为2+2电子过程。一般催化剂采用金属纳米颗粒，载体材料采用活性炭以及炭黑等碳材料，将金属颗粒负载到碳载体上。由于在碱性环境以及电池放电的环境下，活性炭以及炭黑容易发生腐蚀，使得金属纳米颗粒脱落以及团聚，从而降低催化剂的活性。另外一方面就是载体材料也会对ORR有催化作用，一般活性炭以及炭黑的ORR催化过程为二电子过程，不仅降低了ORR的催化效率，而且由于HO2-的生成加速载体材料的腐蚀。

综上考虑，使用B掺杂的多壁碳纳米管代替活性炭以及炭黑具有良好的应用前景，不仅因为B‐MWCNTs具有跟好的导电性以及化学稳定性，更重要的是其有助于ORR的进行，其对ORR催化过程为2+2过程，作为载体材料可以与催化剂发生协同作用，有助于ORR催化效率的提高。

华炬新产品研究所技术咨询委员会科研人员现推荐一项锌空气电池用氧还原催化剂载体材料制备方法，该技术产品采用热处理法将B原子掺杂到多壁碳纳米管结构中，制备出不同含量的B‐MWCNTs。该技术制备的B‐MWCNTs具有高的导电性以及良好的化学稳定性，其在碱性环境中对ORR催化过程为2+2电子过程，可以与催化剂发生协同作用，提高ORR催化效率。可用作锌空气电池用氧还原催化剂载体材料；该技术采用浓硫酸和浓硝酸的混酸溶液对多壁碳纳米管进行预处理，然后对酸化处理后的多壁碳纳米管与不同比例的硼酸在1000℃下进行热处理。催化剂载体材料为硼掺杂多壁碳纳米管（B‐MWCNTs），该载体材料的B元素原子比可以控制在0‐3.5%之间，多壁碳纳米管的比表面积在100—500m2g‐1；该技术锌空气电池用电催化剂载体材料在碱性环境中稳定性较好，并且使ORR经历2+2电子过程，与催化剂的ORR过程发生协同作用，提高ORR催化效率。其备工艺简单易控，可操作性强，现将锌空气电池用氧还原催化剂载体材料制备方法及实例介绍如下供研究参考：（811311  221645）

该项目由华炬新产品研究所技术咨询委员会多位专家根据目前国内该领域最新技术推荐的新技术、新产品、新工艺，
包括技术工艺、技术创新、技术配方、方法步骤及实例等方面的推荐，供同仁参考交流，
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