基于废轮胎制备Zn-SAs/S,N自掺杂CM催化剂的方法及应用技术

本申请提供了一种基于废轮胎制备Zn

【技术实现步骤摘要】
基于废轮胎制备Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的方法及应用


[0001]本专利技术涉及催化剂合成领域，具体而言，涉及一种基于废轮胎制备Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的方法及应用。

技术介绍

[0002]由于化石燃料的使用，全球对能源的需求不断增长，推动了对新能源的寻找。清洁的氢气能源由于其近乎零的污染物排放，已经成为最热门的话题之一。目前，水电解是一种清洁、环保和可持续的制氢方法，也是最能实现工业应用的技术。因此，开发高效、耐用、经济的电催化剂，在低过电位下获得高电流密度是电催化析氢反应(HER)的关键。然而，这种简单的反应目前需要铂基材料作为电催化剂来实现低过电位，高电流密度，以克服活化能障碍和迟缓的反应动力学。从长远来看，贵金属铂的高成本和低丰度大大限制了其大规模商业化。因此，开发廉价、丰富和可持续的具有卓越的HER活性的电催化剂已成为满足未来大规模氢能需求的一个重要问题。
[0003]合理设计一种具有优异活性的HER电催化剂是促进其大规模应用的关键。原材料轮胎来源广泛又廉价，经过碱性熔盐法处理后形成Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂。而S、N自掺杂碳，产生的双掺杂效应可以调整碳的电子结构，增强了氢原子在表面的吸附，有效地提高HER活性。并且形成的Zn单原子为电催化分解水制氢反应提供了丰富的活性位点同时独特的S、N自掺杂有效的阻止了Zn单原子的聚集。
[0004]本专利技术采用碱性熔盐法成功制备了Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂，所制备的Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂在环境、能源等领域具有良好应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于废轮胎制备Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的方法及应用，以解决以上问题。
[0006]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0007]本专利技术提供一种Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂，所述的Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂，具体制备方法包括以下步骤：
[0008](1)将轮胎裁剪成小块放到瓷舟中在管式炉中加热，在温度700～900℃氮气氛围中加热4～6h，升温速率为4～6℃min
‑1，降温到室温得到材料A；
[0009](2)将步骤(1)中得到的材料A加入到HCl溶液中搅拌2～4天，使用去离子水将所得的材料洗涤至中性，在50～70℃中干燥3～5天，得到材料B；
[0010](3)将步骤(2)中得到的材料B与KOH研磨混合(质量比为1:3)，在温度700～800℃氮气氛围中加热2～4h，升温速率为4～6℃min
‑1，降温到室温得到材料C；
[0011](4)将得到的材料C加入到HCl溶液中搅拌20～24h，使用去离子水将所得的材料洗涤至中性，在50～70℃中干燥3～5天，得到材料D。
[0012]进一步的，步骤(2)中HCl溶液的浓度为2～3M；
[0013]步骤(4)中所述的HCl溶液的浓度为1～2M。
[0014]本专利技术还提供了上述制备方法制备的Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂在电催化分解水制氢领域中的应用。进一步地，所述的应用为电催化碱性环境中的分解水制氢。
[0015]本专利技术中，通过简单快速的碱性熔盐法构建了一种Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂，所述催化剂具有较大的比表面积，较强的传质能力。本专利技术采用碱性熔盐法制备Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂。
[0016]本专利技术采用碱性熔盐法制备Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂，所制备Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂在能源及环境领域有良好的应用前景。本专利技术工艺简单、操作方便、反应时间较短，从而减少了能耗和生产成本，便于批量生产。使用简单快速的实验方法将废轮胎使用碱性熔盐法制备出一种新型的Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂，是一种HER高活性电催化剂，可用于电催化分解水制氢。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1为CM和Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的XRD谱；
[0019]图2为CM的SEM照片；
[0020]图3为Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的SEM照片；
[0021]图4为Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的TEM照片；
[0022]图5为Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的EDS元素面扫照片，其中a为C，b为N，C为S，d为Zn；
[0023]图6为CM和Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的N2吸附
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脱附等温线；
[0024]图7为CM、Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂及Pt/C的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel图；其中(a)是LSV曲线对比图，(b)是Tafel曲线对比图；
[0025]图8为Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的时间
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电流曲线。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0027]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0029]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于废轮胎制备Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在第一温度下的氮气氛围中将轮胎原料加热第一时间段后，控制对应的升温速率，然后降温到室温得到材料A；步骤2：将所述材料A加入到HCl溶液中搅拌第二时间段后，将所得的材料洗涤至中性，在第二温度下干燥第三时间段后，以得到材料B；步骤3：将所述材料B与KOH按照第一质量比研磨混合，在第三温度下的氮气氛围中加热第四时间段后，控制对应的升温速率，，然后降温到室温得到材料C；步骤4：将得到的材料C加入到HCl溶液中搅拌第五时间段后，将所得的材料洗涤至中性后，在第四温度下干燥第六时间段后，以得到目标材料，所述目标材料包括Zn
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SAs/S,N自掺杂CM催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中HCl溶液的浓度为2～3M。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中所述的HCl溶液的浓度为1～2M。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述轮胎原料是将轮胎裁剪成小块而成。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述轮胎原料是在管式炉中进行加热。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述第一温度为700～900℃。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述第一温度为800℃。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述第一时间段为4～6h。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述对应的升温速率为4～6℃min
‑1。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述第二时间段为2～4天。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴罡，葛飞，李春梅，董红军，宋宁，李军，
申请(专利权)人：江苏大学镇江市电器设备厂有限公司，
类型：发明
国别省市：