【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学能源转化与存储，具体涉及一种具有纳米花结构的co-n-c电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严峻，开发高效、稳定、低成本的电催化剂成为实现可再生能源转换和存储的关键。在可充电锌-空气电池、电解水、燃料电池等新能源器件中，氧还原（orr）、析氧（oer）和析氢（her）这三个反应扮演者非常重要的角色。其中orr和oer是可充电锌-空气电池中的两个关键反应，而oer和her是电解水中的核心反应。由于这三个反应都涉及多电子转移，其缓慢的动力学导致反应时所需过电位偏大。在实际器件应用中，可充电锌-空气电池的阴极在充放电过程中需要在orr和oer间来回切换，因此需要使用orr/oer双功能电催化剂；而在电解水器件中，oer/her双功能电催化剂的使用可以降低成本。因此，开发orr、oer和her三功能电催化剂对于可充电锌-空气电池和电解水的应用具有非常重要的意义。
2、高性能电催化剂的研发与应用被视为至关重要的一环。orr是锌空电池阴极上的关键反应，它涉及氧气在催化剂表面的吸附、解离、电子转移和产物脱附等步骤。为了加速这一过程，需要开发高效的催化剂来降低反应的活化能垒，提高反应速率。电化学水分解反应，即将水分子在电场作用下分解为氢气和氧气，是一个涉及复杂电化学过程的反应，其效率与能耗直接受到电催化剂性能的影响。高性能电催化剂通过提供高效的反应界面，显著降低反应的活化能，加速水分子解离成氢离子和氧离子的过程，从而在提高氢气产生速率的同时，也极大地减少了能源消耗
3、随着纳米技术、表面科学及计算材料科学的快速发展，为高性能电催化剂的设计与制备开辟了新途径。例如，通过精细调控催化剂的纳米结构、引入特定功能基团或构建异质结结构，可以显著提升催化剂的催化活性和选择性。此外，探索新型催化材料，如非贵金属基催化剂、二维材料、mofs（金属有机框架）等，也为实现电催化剂的经济性和可规模化应用提供了可能。
4、现有技术中报道的三功能电催化剂包括非贵金属和贵金属基催化剂。非贵金属基中三功能电催化剂非常少，而且报道的非贵金属基三功能电催化剂活性和稳定性依旧欠缺。而目前报道的贵金属基三功能电催化剂主要基于ptco/ir、rhcu等体系，价格非常昂贵。ru基体系与pt/pd/ir/rh等体系相比具有成本低的优势，但是目前ru基体系作为三功能电催化剂性能依旧非常受限，因此寻找开发新型的三功能催化剂仍是一项非常困难的工作。
技术实现思路
1、针对现有技术中三功能催化剂活性较低的问题，本专利技术提供一种具有纳米花结构的co-n-c电催化剂及其制备方法和应用，所述co-n-c电催化剂是一种高效的三功能电催化剂。所述电催化剂能够同时实现电化学析氢反应（her）、析氧反应（oer）和氧还原反应（orr），显著提升能源转换效率。
2、本专利技术是通过如下技术方案实现的：
3、一种co-n-c电催化剂，所述电催化剂具有纳米花结构，所述co-n-c电催化剂利用sba-15为模版通过煅烧制备而成。
4、所述co-n-c电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
5、s1、称取sba-15和硝酸钴溶解于乙醇中，并用氢氧化钾调节溶液ph=8，把上述溶液在60℃下进行蒸干；
6、s2、将上述蒸干的样品进行于管式炉中高温煅烧后，得到co-n-c电催化剂。
7、进一步的，所述sba-15和硝酸钴的质量比为1:3。
8、乙醇的添加量限定为0.5gsba-15对应30ml乙醇。
9、进一步的，所述高温煅烧的温度为600-800℃。
10、进一步的，所述sba-15的制备方法，包括以下步骤：
11、称取6.0gp123（聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物）溶于水中，并用盐酸进行调节溶液ph,并将其在40℃条件下保温3h，然后再加入teos（四乙氧基硅烷，tetraethoxysilane），搅拌24h，再进行陈化24h，经过过滤、洗涤、干燥步骤后，最后在马弗炉煅烧，温度和时间为550℃、8h，得到最终样品sba-15。
12、本专利技术还提供了所述co-n-c电催化剂在电化学析氢反应（her）、析氧反应（oer）和氧还原反应（orr）中的应用。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果如下：
14、（1）本申请制备的所述co-n-c电催化剂具有纳米花结构，纳米花结构提供了更多的活性位点和更好的质量传输特性。进而提高了的材料的电催化性能。
15、（2）所述co-n-c电催化剂合成方法步骤简单，只需要经过水热反应和煅烧，容易实现工业化生产。
16、（3）所述co-n-c电催化剂作为三功能电催化剂，可以同时用作电解水反应中的her和oer反应和氧还原反应orr，目前尚未发现任何一种co-n-c电催化剂适合三功能催化反应。
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1.一种Co-N-C电催化剂，其特征在于：所述电催化剂具有纳米花结构；
2.一种如权利要求1所述的Co-N-C电催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的Co-N-C电催化剂的制备方法，其特征在于：所述高温煅烧的温度为600-800℃。
4.根据权利要求3所述的Co-N-C电催化剂的制备方法，其特征在于：所述高温煅烧的温度为750℃。
5.根据权利要求2所述的Co-N-C电催化剂的制备方法，其特征在于：所述SBA-15和硝酸钴的质量比为1:3，乙醇的添加量限定为0.5g SBA-15对应30 mL乙醇。
6.根据权利要求2所述的Co-N-C电催化剂的制备方法，其特征在于：所述SBA-15的制备方法，包括以下步骤：
7.一种如权利要求1所述的Co-N-C电催化剂的应用，其特征在于：所述Co-N-C电催化剂作为三功能催化剂在电化学析氢反应HER、析氧反应OER和氧还原反应ORR中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种co-n-c电催化剂，其特征在于：所述电催化剂具有纳米花结构；
2.一种如权利要求1所述的co-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的co-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于：所述高温煅烧的温度为600-800℃。
4.根据权利要求3所述的co-n-c电催化剂的制备方法，其特征在于：所述高温煅烧的温度为750℃。
5.根据权利要求2所述的co-n-...
【专利技术属性】
技术研发人员：祝彭宇，梁书芹，王鹏远，朱宝勇，马恩广，薛冰，孙建灿，陆峰伟，井立美，李姝欣，李怡颖，潘秋璀，
申请(专利权)人：德州学院，
类型：发明
国别省市：
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