PDF《板栗壳状 CuCo2O4 的制备及其电化学 催化性能研究》

第10卷第18期Vol.

10 No.18

2017 年9月September

2017 板栗壳状 CuCo2O4 的制备及其电化学 催化性能研究 王章俊,罗勇,金超,杨瑞枝* (苏州大学能源与材料创新研究院,江苏苏州 215006) 摘要:高效的双功能催化剂能够大幅提高金属空气电池的动力学过程.使用共沉淀法成功制备 CuCo2O4 尖晶 石氧化物,并通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测发现其具有板栗壳状结构,这种 结构能增加其表面电化学活性位点,使其在旋转环盘电极(rotating-ring-disk electrode,RRDE)测试中表现出 优秀的氧化还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)和氧气析出反应(oxygen evolution reaction,OER) 催化性能. 关键词:二次能源;

能源储存和转化;

双功能催化剂;

尖晶石;

锂空气电池 中图分类号:TK01 文献标识码:A 文章编号:1674-2850(2017)18-2057-06 Synthesis and electrochemical catalytic performance of CuCo2O4 with chestnut shell structure WANG Zhangjun, LUO Yong, JIN Chao, YANG Ruizhi (Soochow Institute for Energy and Materials Innovations, Soochow University, Suzhou, Jiangsu 215006, China) Abstract: Efficient bifunctional catalyst can sharply improve the dynamic process of metal-air battery. Herein, spinel oxide CuCo2O4 has been synthesized by coprecipitation method. The chestnut shell structure of the sample is observed by scanning electron microscope (SEM), of which the structure can increase surface electrochemical active sites. The rotating-ring-disk electrode (RRDE) results show that the as-prepared CuCo2O4 exhibits excellent oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) catalytic activities. Key words: secondary energy;

energy storage and conversion;

bifunctional catalysts;

spinel;

Li-air battery

0 引言 锂空气电池作为近期大热的一种能量储存与转化器件,由于具有超高的理论能量密度(不包含氧气 质量时高达

11 140 Wh/kg[1] ) 、低成本、可逆性和环保性等优点,在各个领域都引起了广泛关注[2~4] .近 几年,锂空气电池的研究进展迅速,但是要想将其应用于实际生活中,还有许多困难需要克服.目前, 锂空气电池主要面临的挑战为充放电倍率性能差、充电过程极化大、空气电极充放电循环性能差和负极 金属锂腐蚀等[5] .研究和开发同时对 ORR 和OER 具有双功能催化效果的空气电极催化剂,对锂空气电 池性能的提升有重要作用.目前,已报道的可以作为锂空气电池正极催化剂的材料主要分为

3 类:贵金 属[6] 、碳材料[7] 和金属氧化物催化剂[8] . 基金项目:江苏省自然科学基金(BK20141199) ;

高等学校博士学科点专项科研基金(20133201120005) 作者简介:王章俊(1995―) ,男,硕士研究生,主要研究方向:金属氧化物催化剂 通信联系人:金超,副教授,主要研究方向:燃料电池. E-mail: [email protected] 第10卷第18期2017 年9月王章俊等:板栗壳状 CuCo2O4 的制备及其电化学催化性能研究

2058 尖晶石型氧化物作为金属氧化物催化剂的典型代表之一,由于其过渡族金属氧化还原对的存在及晶 格中丰富的氧空位,使其对 ORR 和OER 过程均具有较好的催化活性,并表现出优秀的电化学稳定性, 因此各课题组对这方面的研究也非常广泛[9] .例如,使用少量二价阳离子掺杂 Co3O4 立方结构中的部分 Co 元素,以获得掺杂结构的尖晶石氧化物[10] .在ORR 和OER 的催化过程中,O2 的吸附与分解主要发 生于界面接触区域[11] ,因此,调整尖晶石氧化物的表面形态,提高其比表面积,可以增加催化材料的反 应活性位点,同时能够避免反应过程中出现粒子团聚的现象,从而提升材料的电化学性能[12] . 本研究使用共沉淀法制备具有尖晶石结构的 CuCo2O4 氧化物,观察其组成结构和形貌,并将其制备 成电化学浆料,使用旋转环盘电极测试其在碱性溶液中对 ORR 和OER 的双功能催化作用.