【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鋅空氣電池催化劑，具體涉及一種鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、不斷增長(zhǎng)的能源需求和應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)際任務(wù)推動(dòng)并加速了從化石燃料向清潔可再生能源的過(guò)渡。考慮到地球上有限的化石燃料資源和迅速惡化的全球環(huán)境，為了實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)”，全球?qū)沙掷m(xù)和綠色能源存儲(chǔ)技術(shù)的需求正在急劇增加。因此，世界各地對(duì)可持續(xù)綠色能源系統(tǒng)的需求也在不斷增長(zhǎng)，激發(fā)了人們對(duì)能量密度高、安全性高且經(jīng)濟(jì)的電池技術(shù)的興趣，刺激了在新能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換技術(shù)開發(fā)改進(jìn)方面的巨大努力。
2、鋅空氣電池因其理論能量密度高、環(huán)境友好等特點(diǎn)而得到了廣泛的研究。但是，目前該新能源裝置的能源效率和循環(huán)使用壽命較差。為了實(shí)現(xiàn)高的能源效率和可循環(huán)使用性能，通過(guò)優(yōu)化策略和替代活性材料的適應(yīng)性來(lái)構(gòu)建高性能催化劑。同樣，需要設(shè)計(jì)新的和改進(jìn)的催化劑使其具有高催化活性和高循環(huán)穩(wěn)定性，以提高新能源裝置的能源效率和循環(huán)使用壽命。努力設(shè)計(jì)催化劑材料以提高活性位點(diǎn)的本征活性或者增加活性位點(diǎn)的數(shù)量，是改善電極性能的有效方法。
3、雙金屬合金化是合成雙位點(diǎn)催化劑的一種策略，它是通過(guò)將金屬結(jié)合到簇中或納米顆粒中形成一個(gè)域來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與單金屬相比，外源金屬可以顯著改變合金的電子、應(yīng)變和催化性能。近年來(lái)，為了提高催化劑的性能，將過(guò)渡金屬合金化是非常有效的策略，其中二元金屬合金催化劑是一類雙位點(diǎn)催化劑，金屬之間有相互作用，能夠有效提高催化劑的性能。然而，大多數(shù)合金類雙位點(diǎn)催化劑在堿性環(huán)境下會(huì)發(fā)生腐蝕和劣化而降低活性。此外，二元合金類雙位點(diǎn)催化劑的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高
4、密度泛函理論計(jì)算表明摻雜硼（b）的碳通過(guò)在石墨碳中產(chǎn)生電子缺陷，從而降低碳的費(fèi)米能級(jí)，同時(shí)保持碳的平面結(jié)構(gòu)，為電催化劑提供了一個(gè)廣闊的應(yīng)用前景。此外b是一種很有前途的摻雜劑，因?yàn)樗狈﹄娮樱挥腥齻€(gè)價(jià)電子，很容易使周圍的原子極化，從而導(dǎo)致催化劑的活性位點(diǎn)電子密度發(fā)生變化，提高其催化性能。
5、文獻(xiàn)（doi:?10.1002/chem.202300321）報(bào)道了一種氮摻雜碳包覆nico合金的鋅空電池催化劑。該催化劑是以nico配位化合物為前驅(qū)體，通過(guò)原位煅燒的策略合成出了氮摻雜碳包覆nico合金（nico@nc）。該方法涉及原位煅燒的策略，而沒有涉及二次煅燒的過(guò)程，而且該方法制備的催化劑循環(huán)使用穩(wěn)定性仍有待進(jìn)一步提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法及應(yīng)用，該方法制得的鋅空電池雙功能電催化劑用于鋅空電池的oer和orr反應(yīng)，有效提高了鋅空電池的性能。
2、本專利技術(shù)為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體過(guò)程為：該鋅空電池雙功能電催化劑是在合成mof前驅(qū)體的同時(shí)原位加入鈷鹽和鐵鹽，進(jìn)行第一次高溫?zé)峤夂蠹尤肱鹪矗龠M(jìn)行二次高溫?zé)峤獾玫脚饟诫s石墨碳包裹c(diǎn)ofe合金雙位點(diǎn)鋅空電池雙功能電催化劑。經(jīng)過(guò)熱解后的硼摻雜石墨碳基底，一方面保護(hù)了內(nèi)部cofe合金雙位點(diǎn)不受腐蝕，大大提高了催化劑的穩(wěn)定性能；另一方面硼的摻雜又增加了碳基底的缺陷，使得催化劑暴露更多的活性位點(diǎn)，有效提高了催化劑的催化活性。
3、一種鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體過(guò)程為：
4、步驟s1，合成mof前驅(qū)體的同時(shí)原位加入鈷鹽和鐵鹽，再于900~1000℃高溫?zé)峤獾玫街虚g產(chǎn)物cofe-nc，其中鈷鹽為硝酸鈷、氯化鈷或乙酸鈷中的一種或多種，鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵中的一種或多種；
5、步驟s2，將步驟s1得到的中間產(chǎn)物cofe-nc和硼源混合均勻后于900~1000℃高溫?zé)峤獾玫脚饟诫s石墨碳包裹c(diǎn)ofe合金雙位點(diǎn)鋅空電池雙功能電催化劑，其中硼源為硼酸或硼酸鈉中的一種或多種。
6、一種鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為：
7、步驟s1，將2g硝酸鋅、50~100mg鈷鹽和500~1000mg鐵鹽溶于80ml甲醇溶液中得到溶液a，將6g?2-甲基咪唑溶于80ml甲醇溶液中得到溶液b，將溶液a和溶液b混合均勻后于常溫靜置12h，用乙醇離心洗滌數(shù)次后真空干燥得到前驅(qū)體cofe-mof；
8、步驟s2，將前驅(qū)體cofe-mof在高純氬氣氛下進(jìn)行第一次高溫?zé)峤獾玫街虚g產(chǎn)物cofe-nc，其中熱解溫度為950℃，升溫速率為10℃/min，熱解時(shí)間為3h；
9、步驟s3，將中間產(chǎn)物cofe-nc和硼源分散到水中，于60℃攪拌反應(yīng)8~10h，反應(yīng)結(jié)束后用一次水洗滌4次并真空干燥得到含硼中間產(chǎn)物cofe-nc-b；
10、步驟s4，將含硼中間產(chǎn)物cofe-nc-b進(jìn)行第二次高溫?zé)峤獾玫脚饟诫s石墨碳包裹c(diǎn)ofe合金雙位點(diǎn)鋅空電池雙功能電催化劑cofe-nbc，其中熱解溫度為950℃，升溫速率為10℃/min，熱解時(shí)間為3h。
11、進(jìn)一步優(yōu)選，步驟s3中所述中間產(chǎn)物cofe-nc和硼源的質(zhì)量比為1:0.5~1。
12、本專利技術(shù)所述的鋅空電池雙功能電催化劑在制備鋅空電池中的應(yīng)用，該鋅空電池雙功能電催化劑催化鋅空電池的半反應(yīng)oer和orr時(shí)，活性成分cofe合金雙位點(diǎn)發(fā)揮主要催化作用，由于雜原子硼的引入，不僅改變了活性位點(diǎn)cofe合金的電子結(jié)構(gòu)，提高了催化劑的電催化性能，而且硼的摻雜改變了外部碳層結(jié)構(gòu)，使得催化劑暴露了更多活性位點(diǎn)，因此增大了催化劑與電解液的接觸面積，充分發(fā)揮了催化劑的活性位點(diǎn)的作用，此外，硼摻雜的碳層保護(hù)了內(nèi)部cofe合金雙位點(diǎn)不受腐蝕，大大提高了催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性，因此具有良好的oer和orr雙功能催化性能。
13、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
14、1、本專利技術(shù)成功合成了以cofe-mof為前驅(qū)體的鋅空電池雙功能電催化劑，前驅(qū)體的熱解改變了外部碳層結(jié)構(gòu)，形成了包裹活性位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，保護(hù)了內(nèi)部活性位點(diǎn)不受腐蝕，大大提高了催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性能。
15、2、本專利技術(shù)制備的鋅空電池雙功能電催化劑中硼的摻雜又增加了碳層的缺陷，增加了內(nèi)部活性位點(diǎn)與電解液的接觸。因此，硼摻雜的碳結(jié)構(gòu)保護(hù)內(nèi)部活性位點(diǎn)不受腐蝕的同時(shí)又增加了與電解液的接觸，提高循環(huán)穩(wěn)定性的同時(shí)又保持了其催化活性。
本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體過(guò)程為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟S3中所述中間產(chǎn)物CoFe-NC和硼源的質(zhì)量比為1:0.5~1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的方法制得的鋅空電池雙功能電催化劑在制備鋅空電池中的應(yīng)用，該鋅空電池雙功能電催化劑催化鋅空電池的半反應(yīng)OER和ORR時(shí)，活性成分CoFe合金雙位點(diǎn)發(fā)揮主要催化作用，由于雜原子硼的引入，不僅改變了活性位點(diǎn)CoFe合金的電子結(jié)構(gòu)，提高了催化劑的電催化性能，而且硼的摻雜改變了外部碳層結(jié)構(gòu)，使得催化劑暴露了更多活性位點(diǎn)，因此增大了催化劑與電解液的接觸面積，充分發(fā)揮了催化劑的活性位點(diǎn)的作用，此外，硼摻雜的碳層保護(hù)了內(nèi)部CoFe合金雙位點(diǎn)不受腐蝕，大大提高了催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性，因此具有良好的OER和ORR雙功能催化性能。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體過(guò)程為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋅空電池雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于：步驟s3中所述中間產(chǎn)物cofe-nc和硼源的質(zhì)量比為1:0.5~1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的方法制得的鋅空電池雙功能電催化劑在制備鋅空電池中的應(yīng)用，該鋅空電池雙功能電催...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李珊珊，魏偉，胡新成，劉應(yīng)敏，陳磊，竇燕蒙，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：商丘師范學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。