涂有催化剂的盘电极作为工作电极，饱甘汞电极和Pt电极分别为参比电极和对电极，依次测定三元催化剂用的不同质量比原料制备的极化曲线。
[0066]实验结果如图4所示，结果表明不同二氧化锰，硝酸镧，硝酸钴以及碳纳米管质量比合成催化剂的双功能的性能差别明显，特别是在硝酸镧，硝酸钴，二氧化锰前躯体以及碳纳米管溶解在氧化钴质量比为0.2:0.2:0.1:0.05时合成的催化剂性能与其他两种比例相比性能明显增加，ORR扩散电流可以达到5.7mA/cm2，0ER扩散电流则在1.7V达到了22.5mA/Cm20
[0067]实施例4
[0068]将5mg的实施例1的催化剂粉末溶于Iml乙醇和8μ1的5%的Naf 1n溶液中，超声30分钟形成均一催化剂浆液，然后涂抹在已经疏水处理的碳纸上(载量为2mg/cm2)，6(TC干燥30分钟制备得到空气电极，同时以与碳纸面积相同的锌箔作为负极电极，将空气电极、锌箔放入6mol/L的氢氧化钾溶液中反应电池槽构成完整的锌空电池，利用燃料电池活化系统利用渐变电流模式测试:
[0069]常温常压，测试发电曲线和极化曲线如图3所示，可以看出单电池开路电压可达1380mV，最大发电功率密度达到298mW/cm2。在电压为IV时，电流达到189.2mA，发电功率密度则达到189.2mW/cm20
[0070]实施例5
[0071]将5mg的实施例1的催化剂粉末溶于Iml乙醇和8μ1的5%的Naf1n溶液中，超声30分钟形成均一催化剂浆液，然后涂抹在已经疏水处理的碳纸上(载量为0.5mg/cm2)，6(TC干燥30分钟制备得到空气电极，同时以与碳纸面积相同的锌箔作为负极电极，将空气电极、锌箔以及9mL的6moI/L的氢氧化钾溶液放入自制的锌空电池模型内，经过活化之后，将锌空电池利用蓝电系统进行测试，测试条件是1mAcnf2电流密度下长时间放电。
[0072]测试结果如图4所示，锌空电池的充电电压在30mA的电流长时间放电，放电电压维持在1.25V左右，并且在30个小时内几乎没变化。说明电池的充放电性能十分稳定，具有很好实用潜能。当锌板消耗完，可通过更换锌板提高电池寿命。如图6所示，经过计算，其实际能量密度可以达到SlOmAh/g1。
[0073]实施例6
[0074]将5mg的实施例1的催化剂粉末溶于Iml乙醇和8μ1的5%的Naf 1n溶液中，超声30分钟形成均一催化剂浆液，然后涂抹在已经疏水处理的碳纸上(载量为0.5mg/cm2)，6(TC干燥30分钟制备得到空气电极，同时以与碳纸面积相同的锌箔作为负极电极，分别将空气电极、锌箔以及9mL的6mol/L的氢氧化钾溶液放入自制的锌空电池模型内，经过活化之后，将锌空电池利用蓝电系统进行测试，测试条件是5?65mA.cm—2电流密度、充分电循环时间为10分钟进行充放电。
[0075]测试结果如图7所不，锌空气电池在5?65mA.cm—2电流密度、充分电循环时间为10分钟条件下进行充放电。在5?65mA.cm—2电流密度下，充放电电压差维持在0.9V以内。说明催化剂具有十分优异的双功能性。
[0076]实施例7
[0077]将5mg的实施例1的催化剂粉末溶于Iml乙醇和8μ1的5%的Naf1n溶液中，超声30分钟形成均一催化剂浆液，然后涂抹在已经疏水处理的碳纸上(载量为0.5mg/cm2)，6(TC干燥30分钟制备得到空气电极，同时以与碳纸面积相同的锌箔作为负极电极，分别将空气电极、锌箔以及9mL的6mol/L的氢氧化钾溶液放入自制的锌空电池模型内，经过活化之后，将锌空电池利用蓝电系统进行测试，测试条件是1mA.cm—2电流密度、充分电循环时间为10分钟进行充放电。
[0078]测试结果如图8所示，锌空电池的充电电压在1mA的电流长时间放电，放电电压维持在1.29V左右，充电电压在2.07V左右，电压差为0.78VA7个充放电循环后电压差几乎没有变化，说明电池的充放电性能十分稳定，可应用于医疗设备等小功率设备上。
[0079]实施例8
[0080]将5mg的实施例1的催化剂粉末溶于Iml乙醇和8μ1的5%的Naf 1n溶液中，超声30分钟形成均一催化剂浆液，然后涂抹在已经疏水处理的碳纸上(载量为0.5mg/cm2)，6(TC干燥30分钟制备得到空气电极，同时以与碳纸面积相同的锌箔作为负极电极，分别将空气电极、锌箔以及9mL的6mol/L的氢氧化钾溶液放入自制的锌空电池模型内，经过活化之后，将锌空电池利用蓝电系统进行测试，测试条件是30mA.cm—2电流密度、充分电循环时间为60分钟进行充放电。
[0081 ] 测试结果如图8所示，锌空电池的充电电压在30mA的电流长时间放电，放电电压维持在1.15V左右，充电电压在2.125V左右，电压差为0.975VA个小时内多个循环后电压差几乎没有变化，说明电池的充放电性能十分稳定，可以应用与电动汽车等大功率设备上。
【主权项】
1.一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂，其特征在于:所述双功能复合催化剂包括碳纳米管、氧化钴、氧化镧和二氧化锰。2.根据权利要求1所述的一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂，其特征在于:所述二氧化锰为管状，长度在1_3μπι，内径在7-10nm;氧化钴为直径10-30nm的纳米颗粒，表面有空隙;氧化镧为200-600nm的纳米棒，长度在0.2?0.5μπι;碳纳米管的直径为10nm，长度为3_10μ??ο3.—种如权利要求1、2任一所述的镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的制备方法，包括: (1)室温下将浓盐酸加入搅拌的高锰酸钾溶液中，继续搅拌直至混合均匀，将所得的混合液转移至高压釜中135-145°C下水热法反应10-14h，冷却至室温，洗涤，干燥，得到二氧化锰前驱体； (2)分别称取质量比为:0.2:0.16?0.4:0.1:O?0.05的硝酸镧、硝酸钴、二氧化锰前驱体以及碳纳米管，溶解于氨水中，超声分散，然后转移至高压釜在140-160°C水热反应3-6小时，冷却至室温，清洗，干燥;煅烧，降温，研磨，即得双功能催化剂。4.根据权利要求3所述的一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中高锰酸钾溶液中高锰酸钾和水的质量比为1-2:100;高锰酸钾溶液和浓盐酸的比例为50-51g:2mL。5.根据权利要求3所述的一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中洗涤为:分别用乙醇和去离子水洗涤3-5次；干燥为60-80°C干燥12-24h06.根据权利要求3所述的一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中二氧化锰前驱体和氨水的比例为0.lg: 10-15mL;氨水的浓度为1-1.5mol/L07.根据权利要求3所述的一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中超声分散的时间为0.5-2h。8.根据权利要求3所述的一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中清洗为去离子水清洗3-5次;干燥为50-70°C干燥6-10h;煅烧为:200-500 °C下在马弗炉中煅烧0.5-1.5h。9.一种如权利要求1-2任一所述的镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的应用，其特征在于:双功能催化剂在制备金属空气电池的空气电极中的应用。10.根据权利要求9所述的一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂的应用，其特征在于:所述金属空气电池为锌-空电池、铝-空电池或镁-空电池。
【专利摘要】本发明涉及一种镧钴锰碳纳米管双功能复合催化剂及其制备和应用，所述双功能复合催化剂包括碳纳米管、氧化钴、氧化镧和二氧化锰。分别称取质硝酸镧、硝酸钴、二氧化锰前驱体以及碳纳米管，溶解于氨水中，超声分散，然后转移至高压釜在水热反应，冷却至室温，清洗，干燥；煅烧，降温，研磨，即得。双功能催化剂在制备金属空气电池的空气电极中的应用。本发明中制备了钴酸镍/碳纳米管复合纳米材料作为高活性且稳定的双功能电催化剂原料，不仅便宜易得、制备方法简单，且对环境友好，易于工业化生产，是可以运用在锌-空、铝-空以及镁-空等金属空气电池领域良好的空气电极催化剂。
【IPC分类】B82Y30/00, H01M4/90, H01M12/06
【公开号】CN105609791
【申请号】CN201510960555
【发明人】乔锦丽, 徐能能
【申请人】东华大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月18日