【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料领域，具体涉及一种在不同铁源下基于zif-l衍生的过渡金属及杂原子掺杂复合型碳材料制备方法及其在锌-空气电池中的应用。
技术介绍
1、随着现代社会的快速发展，能源消耗的不断增加所带来的资源枯竭和环境问题越来越受到人们的关注。目前，全球70％的能源消耗是由不可再生的化石燃料提供的，虽然它们燃烧释放的能量可以满足人类活动的大量需求，但化石能源在促进社会经济发展的同时，也造成了严重的环境问题。因此，研究人员们致力于开发更高效、可再生和清洁的能源转换和存储设备。而电化学技术是将可再生能源从化学能转化为电能的有效手段，被认为是最有前途的能源技术之一。其中，可充电锌-空气电池(zabs)结合了二次电池和燃料电池的关键特性，既能满足动力电池对高能量密度的要求，又能满足消费电池的高安全性和经济效益。可充电zabs的性能主要取决于电池放电时阴极的氧还原反应(orr)和充电时阳极的析氧反应(oer)。然而，在复杂的液-气-固三相界面处，orr/oer反应动力学缓慢，耐久性差，可充电zabs仍然存在往返效率低、稳定性差等问题。基于以上分析，设计和使用同时具有orr和oer催化行为且环境适应性强的高效双功能电催化剂是实现高性能锌空气电池的关键。
2、为了开发高效、低成本的orr/oer双功能催化剂，一种有效的方法是组装过渡金属和杂原子掺杂碳基催化剂。沸石咪唑酯骨架(zifs)是一种新型的金属有机框架(mofs)材料，利用金属离子与咪唑配位形成复杂结构，具有比表面积大、孔隙率高等特点，其热解产物为m-n-c，因其较高的
技术实现思路
1、针对本领域的研究需求，本专利技术的目的在于提供一种在不同铁源下由zif衍生的双金属合金/n,s共掺杂碳材料，提高催化剂的催化性能，用于解决锌-空气电池中空气阴极动力学缓慢的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种zif衍生的复合型双功能电催化材料的制备方法，将硝酸锌与二甲基咪唑的水溶液在室温下搅拌得到zif-l，然后加入不同铁源及杂原子掺杂形成前驱体，最后通过高温热解得到最终产物，具体步骤如下：
4、(1)将硝酸锌溶于水得到溶液a，将2-甲基咪唑和表面活性剂p123溶于水得到溶液b，a与b混合搅拌，将所得沉淀物抽滤、洗涤、干燥得到zif-l；
5、(2)在水中加入硝酸钴和乙酰丙酮铁搅拌均匀，加入由步骤(1)所得的zif-l搅拌10min，再加入2-甲基咪唑与硫代乙酰胺的混合溶液，搅拌，抽滤、洗涤、干燥得到cofe(acac)3-zif-l/s前驱体；
6、(3)将所得前驱体在惰性气氛下热解得到最终的复合材料co-co0.7fe0.3/s@nc。
7、步骤(1)所述硝酸锌、2-甲基咪唑摩尔比为2:16，p123与硝酸锌的摩尔比为0.0005-0.002:1，优选0.001:1。
8、步骤(2)所述的硝酸钴与乙酰丙酮铁的摩尔比为1:(0.1-0.3)，优选1:0.2，zif-l与硝酸钴的摩尔比为(0.5-2):1，优选1-1.5:1，硝酸钴与2-甲基咪唑摩尔比为1:8，硝酸钴与硫代乙酰胺的摩尔比为1:0.8。
9、优选地，步骤(1)、步骤(2)所述搅拌时间为4h。
10、优选地，步骤(3)所述热解温度为900℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2h。
11、本专利技术所得一种zif衍生的复合型双功能电催化材料的应用，zif-l衍生的co-co0.7fe0.3/s@nc复合材料作为锌-空气电池的阴极催化剂制备工作电极，用于电催化o2与h2o的还原反应以及o2的析出。
12、相对于现有技术，本专利技术具有如下优势:
13、(1)本专利技术中表面活性剂p123可以调节zif的形貌，乙酰丙酮铁的引入促进了co0.7fe0.3合金的形成。
14、(2)本专利技术的催化剂表现出优异的氧还原性能，其氧还原反应的半波电位为0.9vvs.rhe，以沸石咪唑框架衍生的氮掺杂碳材料，可以提高材料的稳定性和导电性。
15、(3)本专利技术的复合材料制备工艺简单温和，其作为空气阴极组装的锌-空气电池表现出较高的开路电压，良好的循环稳定性和可观的功率密度，展现出了一定的实际应用潜力。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种ZIF衍生的复合型双功能电催化材料的制备方法，其特征在于，将硝酸锌与二甲基咪唑的水溶液在室温下搅拌得到ZIF-L，然后加入不同铁源及杂原子掺杂形成前驱体，最后通过高温热解得到最终产物，具体步骤如下：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述硝酸锌、2-甲基咪唑摩尔比为2:16，P123与硝酸锌的摩尔比为0.0005-0.002:1，优选0.001:1。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的硝酸钴与乙酰丙酮铁的摩尔比为1:(0.1-0.3)，优选1:0.2，ZIF-L与硝酸钴的摩尔比为(0.5-2):1，优选1-1.5:1，硝酸钴与2-甲基咪唑摩尔比为1:8，硝酸钴与硫代乙酰胺的摩尔比为1:0.8。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)所述搅拌时间为4h。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述热解温度为900℃，保温时间为2h；步骤(3)所述的惰性气氛为氩气。
6.按照权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的ZIF衍生的复合型双功
7.按照权利要求1-5任一项所述的方法制备得到的ZIF衍生的复合型双功能电催化材料的应用，作为锌-空气电池的阴极催化剂制备工作电极。
8.按照权利要求7所述的应用，用于电催化O2与H2O的还原反应以及O2的析出。
...【技术特征摘要】
1.一种zif衍生的复合型双功能电催化材料的制备方法，其特征在于，将硝酸锌与二甲基咪唑的水溶液在室温下搅拌得到zif-l，然后加入不同铁源及杂原子掺杂形成前驱体，最后通过高温热解得到最终产物，具体步骤如下：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述硝酸锌、2-甲基咪唑摩尔比为2:16，p123与硝酸锌的摩尔比为0.0005-0.002:1，优选0.001:1。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的硝酸钴与乙酰丙酮铁的摩尔比为1:(0.1-0.3)，优选1:0.2，zif-l与硝酸钴的摩尔比为(0.5-2):1，优选1-1.5:1，硝酸钴与2-甲基咪唑摩尔比...
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。