【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及材料合成，特别是涉及一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、海水金属空气电池是一种直接利用天然海水作为电解液、以锌、镁、铝等常见金属作为阳极、以氧还原电催化剂为阴极制成的新型电池器件，具有理论能量密度高、使用安全、价格低廉、以及正极金属资源丰富等突出优势。因此海水金属空气电池在洋观测设备、海岛供电和小型潜航器等方面拥有广阔的应用前景。
2、氧还原反应是海水金属空气电池的核心反应，决定着海水金属空气电池器件在使用过程中的效率和输出功率。pt基催化剂是最有效的氧还原催化剂，但它们成本较高、储量低、耐久性差，制约了其在海水金属空气电池的规模化推广应用。fe单原子催化剂因其高原子利用率、活性位点明确且均一、独特的电子结构等特点，被认为是在氧还原反应中最有效的催化剂之一，而且价格低廉。然而在天然海水体系中，因其离子电导率低，导致海水金属空气电池存在氧还原反应缓慢的问题。此外，fe单原子会受到氯离子吸附的影响，导致催化剂稳定性和活性降低。因此，亟需开发一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂合成策略，实现在天然海水下的高效稳定的氧还原催化。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂及其制备方法和应用，该氧还原催化剂克服了天然海水离子电导率低及氯离子吸附挑战，增强催化剂在海水中的稳定性与活性，提升海水金属空气电池的效率与输出功率，实现高效稳定氧还原，推动海水金属空气电池实用化发展，能
2、本申请实施例第一方面提供一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)将fe负载在内核mof材料，得到内核fe/mof材料，随后通过外延生长法，将具有活化水能力的金属原子m原位构筑在外壳mof材料，得到核壳结构的fe/mof@m/mof前驱体材料，fe和m分别被限域在内核和外壳中；
4、(2)将fe/mof@m/mof前驱体材料通过热解进行原位碳转化，得到在天然海水中构筑局域“类碱性”微环境的fenc@mnc氧还原催化剂。
5、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述具有活化水能力的金属原子m为cu、ni、zn中的至少一种。考虑到cu的活化水能力更强，更优选采用cu，但其他具有活化水能力的金属也适用于本申请。
6、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(2)中，所述热解温度为800～1000℃，热解时间为1～4h，优选热解时间为1～3h。
7、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述内核fe/mof材料和外壳m/mof材料中的mof材料均为zif-8。
8、在热解过程中，fe、cu分别原位限域于核-壳双层碳载体中，抑制了fe、cu迁移，进而形成了核层负载具有氧还原活性的fe单原子、壳层负载具有活化水能力的cu单原子的氧还原催化剂。
9、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述内核fe/mof材料的制备过程为：
10、将zn(no3)2·6h2o和fe(c5h7o2)3溶解在甲醇中，超声分散，记为溶液a；将c4h6n2溶解在甲醇中，记为溶液b；将溶液a缓慢倒入溶液b内，缓慢搅拌，反应结束后，离心收集沉淀物，用甲醇离心洗涤数次，真空干燥过夜后得到内核fe/mof材料。
11、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述具有核壳结构的fe/mof@m/mof前驱体材料的制备过程为：
12、将所述内核fe/mof材料分散在甲醇中，记为溶液c；将cu(c5h7o2)2溶解在甲醇中，超声分散，记为溶液d；将c4h6n2溶解在甲醇中，记为溶液e；将溶液d和溶液e分别缓慢倒入溶液c中，缓慢搅拌，记为溶液f；将zn(no3)2·6h2o溶解在甲醇中，超声分散，记为溶液g；将溶液g加入到溶液f中，缓慢搅拌，反应结束后，离心收集沉淀物，用甲醇离心洗涤数次，真空干燥过夜后得到具有核壳结构的fe/mof@m/mof前驱体材料。
13、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述fe、内核mof材料、m和外壳mof材料的质量比为5:30:1:10。通过控制外壳mof材料的厚度，筛选最佳性能。
14、本申请实施例第二方面还提供一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂，采用上述的方法制得的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂。
15、本申请实施例第三方面还提供上述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂在海水金属空气电池中的应用。
16、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：
17、本申请核心在于合成了一种具有活化水能力的催化剂，从而构筑局域“类碱性”微环境，克服了天然海水离子电导率低及氯离子吸附挑战，增强催化剂在海水中的稳定性与活性，实现高效稳定氧还原，推动海水金属空气电池实用化发展。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述具有活化水能力的金属原子M为Cu、Ni、Zn中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述热解温度为800～1000℃，热解时间为1～4h。
4.根据权利要求1所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述内核Fe/MOF材料和外壳M/MOF材料中的MOF材料均为ZIF-8。
5.根据权利要求4所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述内核Fe/MOF材料的制备过程为：
6.根据权利要求4所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述具有核壳结构的Fe/MOF@M/MOF前驱体材料的制备过程为：
7.根据权利要求1所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化
8.一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制得的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂。
9.权利要求8所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂在海水金属空气电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述具有活化水能力的金属原子m为cu、ni、zn中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述热解温度为800～1000℃，热解时间为1～4h。
4.根据权利要求1所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述内核fe/mof材料和外壳m/mof材料中的mof材料均为zif-8。
5.根据权利要求4所述的构筑局域“类碱性”微环境的氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：田新龙，刘育荣，饶鹏，史晓东，康振烨，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。