一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂及其制备方法和应用

1.本发明属于电催化剂技术领域，具体涉及一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着全球范围内的能源需求增加和环境问题的日益加剧，探索先进的能源转换和存储设备和技术如燃料电池、电解水制氢技术和金属空气电池等以减少一次能源的消耗和降低温室气体的排放已经成为当代可持续发展的趋势之一。其中，可充电锌空气电池因其显著的高理论容量、低成本、高安全性、环境友好和锌储量丰富等优点备受关注，近年来，关于锌空气电池的研究报道急剧增加，锌空气电池被认为是一种具有巨大发展潜能的可持续绿色新型能源转化装置。其氧电极上发生的氧还原反应(orr)和氧析出反应(oer)在确保锌空气电池的可充电性中发挥着重要作用，然而，由于orr和oer两个反应的能垒很高导致其动力学缓慢，通过增强本征动力学反应和降低阴极过电位来合成最佳的orr和oer双功能氧电催化剂成为锌空气电池实际应用的关键。从兼具oer和orr的电催化性能角度考虑，pt/c-iro2贵金属商业组合曾被认为是最具优势的催化剂，但因其地储资源匮乏、价格昂贵、性能不稳定等极大限制了锌空气电池的商业化发展和广泛应用。因此，亟需开发和设计出一种具有成本效益、优异活性和耐久性的双功能氧电催化剂来取代贵金属催化剂实现高性能可充电锌空气电池的应用。
3.过渡金属基催化剂具有与贵金属基催化剂非常相似的催化活性，可以作为贵金属催化剂的替代物。通过采用纳米化法、杂原子掺杂、和负载导电基质的方法可以达到改善过渡金属催化剂的催化活性、导电性和反应动力学的目的。而对于双功能催化剂来说，除了改善催化剂活性外还需要解决活性中心单一的问题，目前常用的策略为构建复合催化剂，但粗糙的界面结构、多种成分之间分布不均和较差的电子调控效应不可避免地导致催化剂活性和稳定性的减弱。因此，如何设计具有均匀界面结构的双活性中心和构建具有稳定界面电子耦合效应的高效催化剂仍然面临挑战。钴基催化剂具有地储资源丰富、价格低廉、成分可调节等优点。另外，肖特基结由金属与半导体组成，是异质结中的一种，为了使两种物质之间的费米能级一致，二者界面存在特殊的电子效应。金属钴具有良好的导电性和一定的电催化析氧活性，氧化钴作为半导体催化材料曾被报道具有优异的电催化氧还原性能。
4.因此设计出一种简单的方法合成钴/氧化钴肖特基异质结双功能纳米催化剂并高效应用于可充电锌空气电池，对丰富双功能催化剂的设计策略、降低锌空气电池的生产成本具有积极意义。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂及其制备方法和应用。所述双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂在碱性环境下表现出优异的氧还原和氧析出反应活性；作为可充电锌空气电池的氧电极催化材料，表现
出优于pt/c-iro2贵金属催化剂组合的电池性能。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
8.(1)均质前驱体溶液的制备：将钴源、表面活性剂和沉淀剂溶于去离子水中，经超声处理后，得到均质前驱体溶液；
9.(2)纳米针钴基前驱体的制备：将预处理过的泡沫镍基底置于聚四氟乙烯内衬中，然后向所述聚四氟乙烯内衬中加入步骤(1)中所得均质前驱体溶液，置于干燥箱中进行水热反应；待反应产物冷却至室温后，依次进行洗涤和干燥，得到均匀生长在泡沫镍基底上的纳米针钴基前驱体；
10.(3)双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备：将步骤(2)中所得纳米针钴基前驱体在氩氨混合气氛中初步煅烧进行预还原，再进一步升温煅烧，即可得到双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂。
11.优选的，步骤(1)中，所述钴源为co(no3)2·
6h2o、cocl2·
6h2o、co(oac)2·
4h2o、co(c5h7o2)3中的一种或多种。
12.优选的，步骤(1)中，所述表面活性剂为nh4f、nh4cl、聚乙二醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。
13.优选的，步骤(1)中，所述沉淀剂为氢氧化铵、尿素、环六亚甲基四胺中的一种或多种。
14.优选的，步骤(1)中，所述钴源、表面活性剂和沉淀剂的摩尔比为1：1～3：3～7。
15.优选的，步骤(1)中，所述超声处理的时间为0.5～1h。
16.优选的，步骤(2)中，所述预处理的方法为：将泡沫镍基底裁剪为所需尺寸并分别浸泡于1m盐酸溶液、无水乙醇和去离子水中各超声处理10～30分钟以除掉表面可能存在的氧化物杂质。
17.优选的，步骤(2)中，所述水热反应的温度为80～120℃、时间为2～4h。
18.优选的，步骤(2)中，所述洗涤所用洗涤剂为无水乙醇、去离子水中的一种或多种。
19.优选的，步骤(2)中，所述干燥的温度为80～120℃、时间为8～12h。
20.优选的，步骤(3)中，所述氩氨混合气氛中，混合气的体积流量为100～150sccm，氨气的体积占比为5～10％。
21.优选的，步骤(3)中，所述初步煅烧的升温速率为1～5℃/min，所述初步煅烧的温度为250～350℃、时间为2～4h。
22.优选的，步骤(3)中，所述升温煅烧的升温速率为1～5℃/min、目标温度t1的范围为400℃＜t1＜500℃、达到目标温度后的保温时间为2～4h。
23.同时，本发明要求保护由上述任一项所述方法制备得到的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂，所述催化剂的结构特征为包覆式均匀生长在泡沫镍大骨架上的纳米针阵列，纳米针直径为50～200nm。
24.同时，本发明要求保护制备得到的所述双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂作为氧电极催化材料在可充电锌空气电池中的应用。
25.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
26.1、本发明提供的一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备方法，首先采用水
热法，利用廉价的商用泡沫镍基底作为载体，直接合成钴基前驱体，然后在氩氨混合气氛中对钴基前驱体进行两次不同的高温煅烧，得到双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂；所述制备方法简单、材料廉价易得、操作条件温和以及还原过程易于控制和重复。
27.2、本发明采用水热法合成的钴基前驱体以纳米针形态包覆式地均匀生长在3d泡沫镍大骨架上，纳米针形态的钴基前驱体会使最终制备得到的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂暴露更多的活性位点，从而有着更加优异的催化活性。
28.3、本发明采用通过两次煅烧的方式原位合成了钴/氧化钴肖特基异质结，使最终制备得到的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂具有均匀界面结构的双活性中心，并由此产生了稳定界面的电子耦合效应，提高了电催化活性和电子传导能力。
29.4、本发明提供的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂，在碱性环境下，仅需320mv的低过电位就能驱动100ma
·
cm-2
电流密度的析氧反应，与商业pt/c相比，该催化剂表现出与之相当的电催化氧还原性能和更优异的电催化氧还原稳定性，具有基于氧的双功能电催化活性。
30.5、本发明提供的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂，作为氧电极材料组装成可充电液态锌空气电池时，该电池具有较高的峰值功率密度和超长时间的恒电流充放电循环稳定性，优于以商业pt/c-iro2贵金属组合催化剂作为正极材料的电池性能；作为正极材料组装成柔性固态锌空气电池时，该电池表现出超高的峰值功率密度和优异的循环稳定性。
附图说明
31.图1为本发明实施例1制备双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的流程图；
32.图2为本发明实施例1制备得到的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的扫描电子显微镜图；
33.图3为本发明实施例1所得双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂(a～c)、对比例1所得氧化钴纳米催化剂(d～f)、对比例2所得钴纳米催化剂(d～f)的扫描电子显微镜图；
34.图4为本发明实施例1和对比例1～2制备的三种催化剂的xrd图谱；
35.图5为本发明实施例1制备的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的透射电子显微镜图像；
36.图6为本发明实施例1和对比例1～2制备的三种催化剂及商业泡沫镍在1m的koh电解液中初始的电催化析氧lsv(线性扫描伏安法)曲线；
37.图7为本发明实施例1和对比例1～2制备的三种催化剂及商业泡沫镍(购于太原力之源科技有限公司，规格：1.0mm厚*250mm宽*1000mm长)在1m的koh电解液中5000个循环后的电催化析氧lsv(线性扫描伏安法)曲线；
38.图8为发明实施例1和对比例1～2制备的三种催化剂和商业pt/c在1m的koh电解液中初始的lsv曲线；
39.图9为实施例1制备的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂和pt/c在1m的koh电解液中初始和经1000个循前后的lsv曲线；
40.图10为实施例1制备的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂在不同电压下的koutecky-levich曲线图；
41.图11为本发明实施例1制备的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂作为可充电液态
锌空气电池的氧电极催化材料进行锌空气电池性能测试的充放电曲线和功率密度曲线，与之对比的材料为pt/c-iro2商业贵金属催化剂组合；
42.图12为本发明实施例1制备的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂作为可充电液态锌空气电池的氧电极催化材料进行锌空气电池性能测试的循环测试图，与之对比的材料为pt/c-iro2商业贵金属催化剂组合；
43.图13为本发明实施例1制备的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂作为柔性固态锌空气电池的正极材料进行锌空气电池性能测试的充放电及功率密度曲线；
44.图14为发明实施例1制备的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂作为柔性固态锌空气电池的正极材料进行锌空气电池性能测试的充放电稳定性测试图。
具体实施方式
45.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
46.本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。
47.如无特殊说明外，本发明中的化学试剂和材料均通过市场途径购买或通过市场途径购买的原料合成。
48.实施例1
49.一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
50.(1)在常温常压下称取1.16g的co(no3)2·
6h2o、0.30g的nh4f和1.20g尿素溶于70ml去离子水中，经过超声处理0.5h后得到均质钴基前驱体溶液；
51.(2)将厚1mm的商业泡沫镍基底材料裁剪至3mm
×
4mm，分别浸泡在1m盐酸溶液、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min以除去表面可能存在的氧化物杂质；然后把清洗后的泡沫镍垂直放入100ml聚四氟乙烯内衬中并倒入步骤(1)所得钴基前驱体溶液，放置于电热鼓风干燥箱中在120℃下加热反应2h；待冷却至室温后取出并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再置于真空干燥箱中，在80℃温度下干燥12h，得到均匀生长在3d泡沫镍大骨架上的纳米针钴基前驱体。
52.(3)将步骤(2)所得纳米针钴基前驱体置于刚玉方舟中并放置在管式炉中心处，nh3/ar混合气(氨气占混合气的体积百分数为5％)，以2℃/min的升温速率升温至300℃，在该温度下煅烧3h，再以同样的升温速率进一步升温至450℃，煅烧处理3h，随后在该混合气氛下自然冷却至室温，即可得到双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂。
53.实施例2
54.一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
55.(1)在常温常压下称取1.16g的co(no3)2·
6h2o、0.30g的nh4f和1.20g尿素溶于70ml去离子水中，经过超声处理0.5h后得到均质钴基前驱体溶液；
56.(2)将厚1mm的商业泡沫镍基底材料裁剪至3mm
×
4mm，分别浸泡在1m盐酸溶液、无
水乙醇和去离子水中超声清洗20min以除去表面可能存在的氧化物杂质；然后把清洗后的泡沫镍垂直放入100ml聚四氟乙烯内衬中并倒入步骤(1)所得钴基前驱体溶液，放置于电热鼓风干燥箱中在100℃下加热反应2h；待冷却至室温后取出并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再置于真空干燥箱中，在100℃温度下干燥12h，得到均匀生长在3d泡沫镍大骨架上的纳米针钴基前驱体。
57.(3)将步骤(2)所得纳米针钴基前驱体置于刚玉方舟中并放置在管式炉中心处，nh3/ar混合气(氨气占混合气的体积百分数为5％)，以1℃/min的升温速率升温至250℃，在该温度下煅烧2h，再以同样的升温速率进一步升温至420℃，煅烧处理2h，随后在该混合气氛下自然冷却至室温，即可得到双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂。
58.实施例3
59.一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
60.(1)在常温常压下称取1.16g的co(no3)2·
6h2o、0.30g的nh4f和1.20g尿素溶于70ml去离子水中，经过超声处理1h后得到均质钴基前驱体溶液；
61.(2)将厚1mm的商业泡沫镍基底材料裁剪至3mm
×
4mm，分别浸泡在1m盐酸溶液、无水乙醇和去离子水中超声清洗30min以除去表面可能存在的氧化物杂质；然后把清洗后的泡沫镍垂直放入100ml聚四氟乙烯内衬中并倒入步骤(1)所得钴基前驱体溶液，放置于电热鼓风干燥箱中在80℃下加热反应2h；待冷却至室温后取出并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再置于真空干燥箱中，在120℃温度下干燥12h，得到均匀生长在3d泡沫镍大骨架上的纳米针钴基前驱体。
62.(3)将步骤(2)所得纳米针钴基前驱体置于刚玉方舟中并放置在管式炉中心处，nh3/ar混合气(氨气占混合气的体积百分数为5％)，以5℃/min的升温速率升温至350℃，在该温度下煅烧3h，再以同样的升温速率进一步升温至470℃，煅烧处理3h，随后在该混合气氛下自然冷却至室温，即可得到双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂。
63.实施例4
64.一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
65.(1)在常温常压下称取1.32g的co(no3)2·
6h2o、0.21g的nh4f和0.95g尿素溶于70ml去离子水中，经过超声处理0.5h后得到均质钴基前驱体溶液；
66.(2)将厚1mm的商业泡沫镍基底材料裁剪至3mm
×
4mm，分别浸泡在1m盐酸溶液、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min以除去表面可能存在的氧化物杂质；然后把清洗后的泡沫镍垂直放入100ml聚四氟乙烯内衬中并倒入步骤(1)所得钴基前驱体溶液，放置于电热鼓风干燥箱中在120℃下加热反应2h；待冷却至室温后取出并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再置于真空干燥箱中，在80℃温度下干燥12h，得到均匀生长在3d泡沫镍大骨架上的纳米针钴基前驱体。
67.(3)将步骤(2)所得纳米针钴基前驱体置于刚玉方舟中并放置在管式炉中心处，nh3/ar混合气(氨气占混合气的体积百分数为5％)，以2℃/min的升温速率升温至300℃，在该温度下煅烧3h，再以同样的升温速率进一步升温至450℃，煅烧处理3h，随后在该混合气氛下自然冷却至室温，即可得到双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂。
68.实施例5
69.一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的制备方法，包括如下步骤：
70.(1)在常温常压下称取1.05g的co(no3)2·
6h2o、0.33g的nh4f和1.07g尿素溶于70ml去离子水中，经过超声处理0.5h后得到均质钴基前驱体溶液；
71.(2)将厚1mm的商业泡沫镍基底材料裁剪至3mm
×
4mm，分别浸泡在1m盐酸溶液、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min以除去表面可能存在的氧化物杂质；然后把清洗后的泡沫镍垂直放入100ml聚四氟乙烯内衬中并倒入步骤(1)所得钴基前驱体溶液，放置于电热鼓风干燥箱中在120℃下加热反应2h；待冷却至室温后取出并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再置于真空干燥箱中，在80℃温度下干燥12h，得到均匀生长在3d泡沫镍大骨架上的纳米针钴基前驱体。
72.(3)将步骤(2)所得纳米针钴基前驱体置于刚玉方舟中并放置在管式炉中心处，nh3/ar混合气(氨气占混合气的体积百分数为5％)，以2℃/min的升温速率升温至300℃，在该温度下煅烧3h，再以同样的升温速率进一步升温至450℃，煅烧处理3h，随后在该混合气氛下自然冷却至室温，即可得到双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂。
73.对比例1
74.一种氧化钴纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：
75.(1)在常温常压下称取1.16g的co(no3)2·
6h2o、0.30g的nh4f和1.20g尿素溶于70ml去离子水中，经过超声处理0.5h后得到均质钴基前驱体溶液；
76.(2)将厚1mm的商业泡沫镍基底材料裁剪至3mm
×
4mm，分别浸泡在1m盐酸溶液、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min以除去表面可能存在的氧化物杂质；把清洗后的泡沫镍垂直放入100ml聚四氟乙烯内衬中并倒入步骤(1)所得钴基前驱体溶液，放置于电热鼓风干燥箱中在120℃下加热2h；待冷却至室温后取出并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再置于真空干燥箱中，在80℃温度下干燥12h，得到均匀生长在3d泡沫镍大骨架上的纳米针钴基前驱体。
77.(3)将步骤(2)所得纳米针钴基前驱体钴基前驱体置于刚玉方舟中并放置在管式炉中心处，nh3/ar混合气(氨气占混合气的体积百分数为5％)，以2℃/min的升温速率升温至300℃，在该温度下煅烧3h，再以同样的升温速率进一步升温至400℃，煅烧处理3h，随后在该混合气氛下自然冷却至室温，即可得到氧化钴纳米催化剂。
78.本对比例与实施例1中的区别是：本对比升温煅烧的目标温度为400℃，得到的产品为氧化钴纳米催化剂。
79.对比例2
80.一种钴纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：
81.(1)在常温常压下称取1.16g的co(no3)2·
6h2o、0.30g的nh4f和1.20g尿素溶于70ml去离子水中，经过超声处理0.5h后得到均质钴基前驱体溶液；
82.(2)将厚1mm的商业泡沫镍基底材料裁剪至3mm
×
4mm，分别浸泡在1m盐酸溶液、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min以除去表面可能存在的氧化物杂质；然后把清洗后的泡沫镍垂直放入100ml聚四氟乙烯内衬中并倒入步骤(1)所得钴基前驱体溶液，放置于电热鼓风干燥箱中在120℃下加热2h；待冷却至室温后取出并分别用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再置于真空干燥箱中，在80℃温度下干燥12h，得到均匀生长在3d泡沫镍大骨架上的纳米针钴基前驱体。
83.(3)将步骤(2)所得纳米针钴基前驱体置于刚玉方舟中并放置在管式炉中心处，
nh3/ar混合气(氨气占混合气的体积百分数为5％)，以2℃/min的升温速率升温至300℃，在该温度下煅烧3h，再以同样的升温速率进一步升温至500℃，煅烧处理3h，随后在该混合气氛下自然冷却至室温，即可得到钴纳米催化剂。
84.本对比例与实施例1的区别是：本对比例升温煅烧的目标温度为500℃，得到的产品为钴纳米催化剂。
85.对实施例1以及对比例1～2中产品结构和性能的测试如下所示：
86.(1)显微镜结构分析
87.对实施例1中步骤(2)制得的钴基前驱体进行扫描电子显微镜形貌分析，结果如图2所示，钴基前驱体呈纳米针阵列且包覆性地均匀生长在3d泡沫镍大骨架上，纳米针直径为50～200nm；
88.对实施例1中制得的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂进行扫描电子显微镜和透射电子显微镜结构分析，结果如图3(a)和图5所示，经450℃高温煅烧后，样品仍然保持均匀的纳米针阵列；从样品的高分辨率透射电镜图可以判断金属钴/氧化钴肖特基结催化剂呈半径为50～200nm的纳米针阵列。
89.对对比例1中制得的氧化钴纳米催化剂进行扫描电子显微镜分析，结果如图3(b)所示，经400℃高温煅烧后，样品仍然保持均匀的纳米针阵列。
90.对对比例2制得的钴纳米催化剂进行扫描电子显微镜分析，结果如图3(c)所示，经500℃高温煅烧后，样品原始的纳米针形貌坍塌，表明在较高的温度下煅烧样品发生聚合，这将不利于催化活性位点的暴露。
91.(2)物相分析
92.对实施例1和对比例1～2中制得的催化剂产品进行物相分析，结果如图4所示，可以得知，在对比例1中，升温煅烧的目标温度为400℃，所得产品的主相为氧化钴，与标准卡片“pdf：09-0402”对应；在实施例1中，升温煅烧的目标温度为450℃，所得产品的主相为钴/氧化钴与标准卡片“pdf：01-1255”和“pdf：09-0402”对应；在对比例2中，升温煅烧的目标温度为500℃，所得产品的主相为金属钴，与标准卡片“pdf：01-1255”对应。
93.(3)电化学析氧性能研究
94.测试方法：将实施例1和对比例1～2中得到的三种不同的催化剂产品裁剪至1cm长
×
1cm宽，夹于铂片电极夹作为工作电极，以碳棒作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，以1m的koh为电解液组成标准三电极体系，采用gamry电化学工作站测试其电化学性能。用初始的线性扫描伏安法(lsv)曲线表征其电催化析氧活性以及经5000圈循环耐久测试后的lsv曲线表征其稳定性。
95.结果分析：结果如图6、7所示，实施例1中制备得到的双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂仅需320mv的过电位即可驱动电流密度为100ma
·
cm-2
的析氧反应，经5000圈循环测试后oer性能持续增强表现出了优异的oer活性和稳定性，相比之下对比例1～2制备得到的氧化钴纳米催化剂和钴纳米催化剂具有较差的oer活性及不理想的稳定性。
96.(4)电催化氧还原性能研究
97.测试方法：通过chi760e型电化学工作站和直径为4mm的旋转圆盘电极对双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的电催化氧还原性能进行研究。
98.结果分析：结果如图8、9、10所示，实施例1中制备得到的双功能钴/氧化钴肖特基
结催化剂在碱性环境下电催化氧还原反应的半波电位为830mv，与贵金属pt/c(购于阿法埃莎公司，20％pt负载于碳黑)的性能相当，而且具有更优的稳定性；通过koutecky-levich方程计算orr过程的转移电子数为3.74，说明双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂的电催化氧还原反应是接近4电子的过程。
99.(5)在锌空气电池中的应用
100.1)作为液态锌空气电池的氧极材料
101.测试方法：将双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂作为液态锌空气电池的氧电极材料，对该电池进行了电化学性能测试
102.结果分析：结果如图11、12所示，电池的峰值功率密度高达154.32mw
·
cm-2
，恒电流充放电循环时长超过1000h，具有优于以商业pt/c-iro2贵金属组合催化剂(pt/c购于阿法埃莎公司，iro2购于阿拉丁试剂(上海)有限公司)作为氧电极的电池性能。
103.2)作为柔性固态锌空气电池的正极材料
104.测试方法：将双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂作为柔性固态锌空气电池的正极材料，并对该电池的电化学性能进行讨论。
105.结果分析：结果如图13、14所示，电池的峰值功率密度为106.75mw
·
cm-2
，恒电流充放电循环时间超过30h，目前国际甚少报道有优于该柔性固态锌空气电池的电化学性能的相关研究。
106.上述结果均表明双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂具有最优的电催化析氧和氧还原性能，这得得益于具有稳定界面结构的金属钴与氧化钴之间的莫特肖特基异质结及其特殊的电子效应、二维纳米针结构和两种活性成分的协同作用；此外，该催化材料作为可充电锌空气电池的氧电极催化剂的电池表现出优异的电化学性能，说明钴/氧化钴肖特结催化剂可以作为具有成本效益的过渡金属催化剂高效应用于可充电锌空气电池进而降低锌空气电池的生产成本。
107.所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。