1.目的及意义

社会的飞速发展伴随着能源的大量消耗，同时化石能源的大量使用带来了许多严重的环境问题和社会问题，为了响应“绿水青山就是金山银山”的号召，也为了进一步推动新能源产业发展，不断探究新的可再生清洁能源变得十分重要，而研究和探究高能量密度的电池体系与相关材料就是目前非常关注的焦点。

锂空气电池由于具有能量密度高、轻便、环保等优点，成为最具有开发前景的清洁能源之一。锂空气电池在实际应用中仍面临着许多挑战，例如过电压高、循环性能差、可逆度低等问题。性能优异的锂空气电池需要具有性能优异的阴极催化剂、稳定的电解质合适的载体材料以及良好的防水层。就催化剂而言，没有催化剂存在时，锂空气电池的反应效率（包括ORR和OER）极低且存在较大的充放电过电势。

目前，研究者们试图寻找合适的双功能催化剂（同时具备优异的ORR和OER催化性能）来克服锂空气电池的这一挑战。理想的锂空气电池阴极催化剂必须满足以下几个特点：（1）能促进阴极上氧的还原/析出；（2）在电解液中保持稳定；（3）良好的电导率与高比表面积；（4）能够容纳Li₂O₂。迄今为止，已报道的阴极催化剂有以下几类：贵金属及其合金、过渡金属氧化物、过渡金属有机大环化合物等。由于过渡金属氧化物和氢氧化物本身较差的导电性以及目前制备出的电催化剂有限的活性位点暴露等问题使得其催化性能仍然比不上贵金属基的电催化剂，还有其能量转换效率也比较低下。因此，如何降低过渡金属基催化剂电催化 OER 的过电位以及塔菲尔斜率并且增加其能量转换效率等问题仍然是一个很大的挑战。不过，近年来过渡金属原子(Fe、Co、Ni)和硫族元素原子(S、Se、Te)组成的金属硫化物由于其优良的物理和化学性能已经在光、电、磁、储能、电催化等方面被广泛研究。

水热法是在水热合成反应釜中，采用水为反应介质，通过对反应釜加热，创造一个高温高压的反应环境，使难溶或不溶的物质能够溶解并且重结晶。水热法是一种能简单方便制备CoS₂的方法，具有制备过程简单、产物结晶度好、纯度高、颗粒小、比例可控等优点。小颗粒CoS₂能减小电化学过程中的极化现象，因此本研究拟采用水热法合成CoS₂，并用碳材料进行改性，研究其在锂空气电池中的电化学催化性能。

2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 基本内容

采用水热法合成CoS₂/C复合阴极催化剂，并研究合成工艺参数（温度、时间、pH等）对材料结构与电催化性能的影响；研究不同碳源、不同组成等对材料催化性能的影响。

2.2 研究目标

1、掌握CoS₂/C的水热合成制备方法；

2、分析阴极催化剂CoS₂/C材料的微观形貌结构与水热条件，碳含量的关系；

3、CoS₂/C电化学性能与结构的关系。

2.3 技术方案

（1）CoS2合成

将一定量去离子水注入50ml烧杯中，加入0.02mol NaS₂O₃·5H₂O，0.01mol Co(NO₃)₂·6H₂O，以适量水溶解，将0.0025mol EDTA-2Na缓慢加入其中，用磁力搅拌器搅拌。充分混合后移入反应釜，密闭后置于烘箱，在100/140/180/200℃反应12h/24h/36h。自然冷却至室温。加硫化钠100℃油浴40min，然后分别用去离子水、无水乙醇清洗，抽滤。在60℃下真空干燥8h，收集样品并进行测试，研究水热时间和温度对催化剂CoS₂的物相、微观形貌的影响规律。

（2）CoS₂/C制备

在反应物中加入不同量（0.01/0.02/0.05mol）的碳(如葡萄糖)研究含碳量对催化剂的微观形貌的影响规律，调节水热温度、水热时间研究其对催化剂CoS₂/C的物相、微观形貌的影响规律。

（2）纽扣电池装配

（3）结构与电化学性能测量

采用X 射线衍射仪测试材料的物相进行分析，采用扫描电镜进行观察所制材料的显微形貌及颗粒尺寸。

采用电化学工作站进行电池充放电测试，用来研究电极材料的充放电比容量及电化学循环性能等。

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