一种N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的制备方法及其应用，将氧化铁与葡萄糖和六水氯化钴进行水热反应得到的产品与三聚硫氰酸和氯化锌在玛瑙研钵中磨成粉末，在惰性气体保护下将上述混合物进行高温热解，自然冷却至室温；然后将产物泡酸，洗涤至中性，干燥后得到N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂。本发明专利技术利用氧化铁作为自催化剂和铁源，三聚硫氰酸作为氮、硫源，在高温热解过程中自催化形成氮、硫共掺杂的碳纳米管。本发明专利技术制得的Fe、Co双金属，N、S共掺杂碳氧还原催化剂的比表面积为574.4m

【技术实现步骤摘要】
FeCo合金氧还原催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：
[0006]步骤S1：将六水氯化铁(FeCl3·
6H2O)和磷酸二氢钠(NaH2PO4)溶于水中并搅拌混合充分，再转移到聚四氟乙烯反应釜中于100～110℃水热处理24～48h，将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中干燥，冷却至室温后将得到的砖红色产品在玛瑙研钵中磨成粉末得到物料A；
[0007]步骤S2：将步骤S1得到的物料A、葡萄糖(C6H
12
O6)和六水氯化钴(CoCl2·
6H2O) 搅拌混合充分后转移到聚四氟乙烯反应釜中于160～200℃水热处理12～24h，其中物料A 同时作为催化剂和铁源，再将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中干燥，然后冷却至室温得到物料B；
[0008]步骤S3：将步骤S2得到的物料B和三聚硫氰酸在玛瑙研钵中磨成粉末，然后转移至管式炉中，在惰性气体保护下，由室温经175min升温至900℃并于900℃保持120min，然后自然降温至室温得到物料C；
[0009]步骤S4：将步骤S3得到的物料C转移至容器中并加入酸性溶液浸泡24h，再用高纯水洗涤至滤液为中性，然后置于80℃鼓风干燥箱中干燥得到目标产物N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂。
[0010]进一步优选，步骤S2中所述葡萄糖、六水氯化钴和物料A的投料质量比为1.2:1:0.1。
[0011]进一步优选，步骤S3中所述惰性气体为氮气或氩气中的一种或多种。
[0012]进一步优选，步骤S4中所述酸性溶液为浓度2M的盐酸溶液。
[0013]本专利技术所述的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
[0014]步骤S1：将0.27g六水氯化铁(FeCl3·
6H2O)和0.45mmol磷酸二氢钠(NaH2PO4) 溶解在50mL水中并搅拌混合均匀，再转移到聚四氟乙烯反应釜中于105℃水热处理 48h，将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中干燥，冷却至室温后将得到的砖红色产品在玛瑙研钵中磨成粉末得到物料A1；
[0015]步骤S2：将50mg步骤S1得到的物料A1、0.7g葡萄糖(C6H
12
O6)和0.5g六水氯化钴(CoCl2·
6H2O)分散于水中搅拌混合充分，再转移到聚四氟乙烯反应釜中于180℃水热处理20h，其中物料A同时作为催化剂和铁源，再将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中干燥，然后冷却至室温得到物料B1；
[0016]步骤S3：将步骤S2得到的物料B1和1g三聚硫氰酸在玛瑙研钵中磨成粉末，然后转移至管式炉中，在惰性气体保护下，由室温经过175min升温至900℃并于900℃保持 120min，然后自然降温至室温得到物料C1；
[0017]步骤S4：将步骤S3得到的物料C1转移至容器中并加入浓度2M盐酸溶液浸泡24h，再用高纯水洗涤至滤液为中性，然后置于80℃鼓风干燥箱中干燥得到目标产物N、S 共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂，该N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的比表面积为574.4m2g
‑1，将其作为阴极材料应用到锌
‑
空电池中，具有优异的氧还原性能以及较大的功率密度。
[0018]本专利技术所述的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂作为锌
‑
空气电池阴极材料的应用。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
[0020]1、本专利技术Fe2O3既为铁源又为自催化剂，形成了FeCo合金位点，暴露了更多的活性位点，增强了碳材料的氧还原催化活性；
[0021]2、本专利技术以三聚硫氰酸为氮、硫源，探究氮、硫双掺杂与碳材料石墨化程度之间和性能的内在联系；
[0022]3、本专利技术制得的FeCo合金封装在N、S共掺杂碳纳米管氧还原催化剂具有高比表面积和介孔结构，在碱性条件下表现出优异的氧还原活性、循环稳定性和甲醇耐受性，将其作为阴极材料应用到锌
‑
空电池中，具有优异的氧还原性能以及较大的功率密度，为锌
‑
空气电池的实际应用提供理论基础与技术支撑。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1的扫描电镜图；
[0024]图2为实施例1制备的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1的氮气吸脱附等温线图(插图为D1的孔径分布图)；
[0025]图3为实施例1制备的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1的X 射线光电子能谱图(全谱)；
[0026]图4为实施例1制备的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1的 Raman光谱图；
[0027]图5为实施例1制备的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1及产物D2
‑
D5的循环伏安曲线；
[0028]图6为实施例1制备的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1及产物D2
‑
D5的线性扫描伏安曲线；
[0029]图7为实施例1制备的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1和 Pt/C+IrO2的功率密度图。
具体实施方式
[0030]以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0031]实施例1
[0032]步骤S1：将0.27g六水氯化铁(FeCl3·
6H2O)和0.45mmol磷酸二氢钠(NaH2PO4) 溶解在50mL水中并搅拌混合充分，再转移到聚四氟乙烯反应釜中于105℃水热处理 48h，将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中于80℃干燥，冷却至室温后将得到的砖红色产品在玛瑙研钵中磨成粉末得到物料A1；
[0033]步骤S2：将50mg步骤S1得到的物料A1、0.7g葡萄糖(C6H
12
O6)和0.5g六水氯化钴(CoCl2·
6H2O)分散于水中并搅拌混合充分，再转移到聚四氟乙烯反应釜中于180℃水热处理20h，其中物料A同时作为催化剂和铁源，再将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中于80℃干燥，然后冷却至室温得到物料B1；
[0034]步骤S3：将步骤S2得到的物料B1和1g三聚硫氰酸在玛瑙研钵中磨成粉末，然后转移至管式炉中，在惰性气体保护下，由室温经过175min升温至900℃并于900℃保持 120min，然后自然降温至室温得到物料C1；
[0035]步骤S4：将步骤S3得到的物料C1转移至容器中并加入浓度2M盐酸溶液浸泡24h，再用高纯水洗涤至滤液为中性，然后置于80℃鼓风干燥箱中干燥得到目标产物N、S 共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂D1。
[0036]实施例2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1：将六水氯化铁和磷酸二氢钠溶于水中并搅拌混合充分，再转移到聚四氟乙烯反应釜中于100~110℃水热处理24~48h，将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中干燥，冷却至室温后将得到的砖红色产品在玛瑙研钵中磨成粉末得到物料A；步骤S2：将步骤S1得到的物料A、葡萄糖和六水氯化钴搅拌混合充分后转移到聚四氟乙烯反应釜中于160~200℃水热处理12~24h，其中物料A同时作为催化剂和铁源，再将得到的混合物离心后转移到鼓风干燥箱中干燥，然后冷却至室温得到物料B；步骤S3：将步骤S2得到的物料B和三聚硫氰酸在玛瑙研钵中磨成粉末，然后转移至管式炉中，在惰性气体保护下，由室温经175min升温至900℃并于900℃保持120min，然后自然降温至室温得到物料C；步骤S4：将步骤S3得到的物料C转移至容器中并加入酸性溶液浸泡24h，再用高纯水洗涤至滤液为中性，然后置于80℃鼓风干燥箱中干燥得到目标产物N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂。2.根据权利要求1所述的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述葡萄糖、六水氯化钴和物料A的投料质量比为1.2:1:0.1。3.根据权利要求1所述的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述惰性气体为氮气或氩气中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的N、S共掺杂碳纳米管封装FeCo合金氧还原催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述酸性溶液为浓度2M的盐酸溶液。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：高书燕，王坤，陈野，刘旭坡，杨天芳，张遵杰，莫振坤，王晨艺，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：