日本利用離子液體合成了用于高效鋰-空電池的鈣鈦礦氫氧化物催化劑

CoSn(OH)6(CSO)是高效析氧反應(yīng)(OER)催化劑,對于開發(fā)下一代鋰-空電池不可或缺。目前合成CSO的方法復(fù)雜且耗時。一個國際研究小組利用離子液體,在20 min內(nèi)一步法合成了納米晶體CSO,且具有優(yōu)異的OER催化性能,可以促進(jìn)高能密度電池的制造。在投入商用之前,這些電池需提高能效,增加循環(huán)壽命,需要將充電/放電過程氧的氧化還原反應(yīng)過電位降低。為了解決這些問題,需要一種合適的催化劑來加速電池內(nèi)部的析氧反應(yīng)(OER),對于提高儲能電池的性能,OER是水分解化學(xué)反應(yīng)中的關(guān)鍵一步。

為了加快金屬-空氣電池的OER反應(yīng),稀有且昂貴的貴金屬氧化物,如氧化釕(Ⅳ)(RuO2)和氧化銥(Ⅳ)(IrO2)通常被用作催化劑。過渡金屬鈣鈦礦型氧化物和氫氧化物也是人們熟知的具有很高OER活性且較為經(jīng)濟(jì)的催化材料,其中的CoSn(OH)6(CSO)是一種有前景的OER催化劑,而目前合成CSO的方法耗時(需要超過12 h),且步驟繁瑣。

日本芝浦工學(xué)院的一個研究團(tuán)隊最近取得了突破,他們采用一步法,在短短20 min內(nèi)成功地合成了CSO。該研究小組采用了材料合成領(lǐng)域最尖端的非高溫反應(yīng)離子液方法,該研究成果于2023年4月17日發(fā)表在《Sustainable Energy &Fuels》雜志第11期。

X射線衍射分析結(jié)果表明,將前體溶液pH調(diào)整為10～12,合成的CSO具有很高結(jié)晶度;透射電子顯微鏡觀測結(jié)果顯示CSO晶體呈立方體,尺寸為100～300 nm。最后,該研究小組利用電化學(xué)方法研究了CSO的OER催化性能,發(fā)現(xiàn)合成的CSO在10 mA/cm2的電流密度下,過電位為350 mV,相對于可逆氫電極,pH為12時合成的CSO樣品比市售的RuO電位低104 mV,由此說明CSO比RuO略好。

總之,這項研究首次介紹了一種簡便、高效的CSO合成方法,這一方法使得CSO在鋰-空電池中的應(yīng)用切實有效,為下一代電池開發(fā)開辟了新的途徑。

[靳愛民摘譯自Science News,2023-06-26]