【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂氧气电池，特别是涉及一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法及其应用。
技术介绍
1、锂氧电池具有结构简单、环境友好、理论能量密度高等特点，作为一种有前途的储能系统在解决可再生能源时效性与间歇性方面具有广阔前景。众所周知，锂氧气电池的反应是基于固体放电产物过氧化锂（li2o2）在正极表面的形成和分解。正极材料容易被难溶性li2o2堵塞发生钝化，正极结构被li2o2过度沉积引起的体积膨胀所破坏，同时过高的充电电压也会使粘结剂分解反生副反应，降低电池的循环性能与能量效率，导致电池失效。
2、开发具有合理孔隙结构设计和高效催化能力的正极材料是解决这一问题的关键，碳材料由于其优良导电性、价格低廉、合理孔隙结构已经广泛应用于锂氧气电池，然而目前碳材料的合成和制备总是受原材料的影响，不利于其大规模实际应用。
3、生物质衍生碳作为活性炭材料的来源，由废弃的生物质材料（农业废物、林业废物）制备而成，因其合成简单，具有可持续性和来源广泛性，高导电性。生物质衍生碳被认为是锂氧气电池中潜在的正极材料。其中，秸秆固有的筛管结构能够在其秸秆衍生碳中进化为分层孔隙结构，对比其它碳材料而言，秸秆衍生碳具有高的结构稳定性、高效传质性以及优良导电性。
4、目前，生物质衍生碳电极材料的研究现状主要集中将制备的杂原子掺杂以及高浓度催化剂负载的生物质衍生碳材料与粘结剂混合研磨后，制成浆料喷涂到集电器上制成电极。研磨处理极大程度上破坏了生物质衍生碳材料优良的孔隙结构优势与结构强度，并且催化剂配比不当不仅会提高电极材料
5、因此设计一种将催化剂合理分散负载且具有优良孔隙结构的一体化秸秆衍生碳电极材料是非常有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法及应用，钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料作为锂氧气电池的一体化正极，有效避免粘结剂分解引起的副反应，可为电化学反应提供更多的活性位点和高效传质通道，固有的分层孔隙结构有利于放电产物li2o2的储存与分解。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将同样直径的玉米秸秆进行厚度切片，并放置于烘箱中进行干燥预处理；
4、s2、配置三氯化钌溶液，将步骤s1中的进行预处理的秸秆转移至三氯化钌溶液中进行自吸收；
5、s3、将步骤s2中对三氯化钌溶液吸收饱和的秸秆放入液氮中速冻后，再移入冷冻干燥机中进行冻干处理，形成干燥产物；
6、s4、将步骤s3中的干燥产物放于管式炉中，在700-900 ℃的温度下，通入氮气下充分碳化，得到钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料。
7、优选的，步骤s1中，进行秸秆切片的玉米秸秆直径为12 mm，切片厚度为2 mm，总质量为 2.5 g，干燥预处理的时间为6 h。
8、优选的，步骤s2中，三氯化钌溶液浓度为5 mmol/l，秸秆在三氯化钌溶液中的吸收时间为6 h。
9、优选的，步骤s3中，冷冻干燥机的冷阱温度为-50 ℃，压强为1 pa, 冻干时间为48h。
10、优选的，步骤s4中，通入氮气后，管式炉内的碳化温度为700-900 ℃，升温速度为5 ℃/min，保温时间为1.5 h。
11、本专利技术还提供了一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的应用，所述钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料应用于制备锂氧气电池。
12、优选的，包括以下步骤：
13、（1）将钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料先移入80 ℃真空干燥箱干燥处理12 h；
14、（2）选取（1）中结构完整、体积合适的钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料作为一体化正极，并用天平上称量实际质量；
15、（3）按照电池负极壳、负极、隔膜、一体化正极、电池正极壳的顺序组装电池，并滴加电解液组装得到锂氧气电池。
16、优选的，步骤（3）中的负极为金属锂，电解质溶液为1m三氟甲磺酸锂为电解质，其中电解质以四乙二醇二甲醚为溶剂，隔膜的材质为玻璃纤维滤膜，电池负极壳以及电池正极壳均选取2025型带孔电池壳。
17、因此，本专利技术采用上述步骤的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法及应用，其有益效果为：
18、1、采用自吸收-冻干-碳化的方法将玉米秸秆制备成钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料，得到的钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料能够继承秸秆固有的孔隙结构优势，表现出极大的比表面积、高孔隙率。
19、2、钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料作为锂氧气电池的正极材料，孔隙表面负载的钌量子点作为一种新型、高效催化剂分散形式，能够在兼顾合成成本同时保证具有高的活性位点丰度，增加材料机械强度，使正极材料具有高效的电化学性能。
20、3、钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料作为锂氧气电池的正极材料，具有的三维孔隙结构可以提供足够多的自由空间，提高了材料利用效率，有利于放电产物li2o2的储存与分解，同时具有极高的孔道利用率与连通性，保证高效传质。
21、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，进行秸秆切片的玉米秸秆直径为12 mm，切片厚度为2 mm，总质量为 2.5 g，干燥预处理的时间为6 h。
3.根据权利要求1所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，三氯化钌溶液浓度为5 mmol/L，秸秆在三氯化钌溶液中的吸收时间为6 h。
4.根据权利要求1所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，冷冻干燥机的冷阱温度为-50 ℃，压强为1 Pa, 冻干时间为48 h。
5.根据权利要求1所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，通入氮气后，管式炉内的碳化温度为700-900 ℃，升温速度为 5 ℃/min，保温时间为1.5 h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的应用，其特征在于：所述钌量子点修饰的秸秆衍
7.根据权利要求6所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的应用，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的应用，其特征在于，步骤（3）中的负极为金属锂，电解质溶液为1M三氟甲磺酸锂为电解质，其中电解质以四乙二醇二甲醚为溶剂，隔膜的材质为玻璃纤维滤膜，电池负极壳以及电池正极壳均选取2025型带孔电池壳。
...【技术特征摘要】
1.一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，进行秸秆切片的玉米秸秆直径为12 mm，切片厚度为2 mm，总质量为 2.5 g，干燥预处理的时间为6 h。
3.根据权利要求1所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，三氯化钌溶液浓度为5 mmol/l，秸秆在三氯化钌溶液中的吸收时间为6 h。
4.根据权利要求1所述的一种钌量子点修饰的秸秆衍生碳材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，冷冻干燥机的冷阱温度为-50 ℃，压强为1 pa, 冻干时间为48 h。
5.根据权利要求1所述的一种钌量子点...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓阳，吕晓东，任萍，杜伟，侯传信，解秀波，孙学勤，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：
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