【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种介孔cu-n-c锌空电池空气阴极材料的制备方法，属于锌空电池应用领域。
技术介绍
1、锌-空气电池因锌的储量丰富、运行效率高、安全性好和环境友好等优点而被认为在储能领域有一定的应用前景。锌-空气电池中orr和oer是电池循环过程中空气阴极发生的两种基本催化反应，但在自然环境中进行地非常缓慢，效率极低并且会导致电池的高过电位，因此开发高效、稳定且经济的氧电催化剂加速缓慢的氧电催化过程，对于提高锌-空气电池的整体性能至关重要。铂基催化剂在氧还原反应中表现出色，但资源稀缺、成本高和稳定性差阻碍了其在锌-空气电池中的大规模应用。
2、铜基催化剂因其储量丰富、价格低廉以及电子结构的可调性而受到广泛关注。铜基电催化剂在制备过程中，热解是关键步骤，它能够影响催化剂的结构和表面化学组分状态，进而影响电催化活性。但是，铜基电催化剂在热解过程中，cu金属极容易聚集，这会导致催化剂的活性位点减少，从而影响其电催化性能。因此，控制铜基电催化剂中cu金属的聚集，优化其分散性，是提高铜基电催化剂性能的关键。我们可以通过精确控制铜基电催化剂的尺寸、组成、形貌和结构，提升其还原性能。例如，通过减小金属纳米颗粒的粒径可以增大催化剂的比表面积，进而影响催化活性和稳定性。基于以上背景，为了减小cu金属颗粒尺寸，本专利采用铜氨离子（[cu(nh3)4]2+）取代铜离子（cu2+），将其液相吸附在硬模板法制备的介孔nc中，经高温热解后得到介孔cu-n-c材料。该材料不仅有效减小了cu金属颗粒的尺寸，且具有丰富的介孔结构、优异的氧还原活性，作
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有优异性能的锌空电池空气阴极材料。其制备方法具体步骤为：
2、一种介孔cu-n-c材料的制备方法，包括如下步骤：
3、步骤1：将嵌入sio2纳米颗粒的锌基咪唑框架前驱体在惰性气氛下预热解，得到含sio2纳米颗粒的氮掺杂碳nc粉体；
4、步骤2：将含sio2纳米颗粒的氮掺杂碳粉体浸泡在氢氟酸溶液中，搅拌，去除sio2纳米颗粒，然后将产物离心洗涤得到介孔nc；
5、步骤3：配制一定浓度的铜氨离子[cu(nh3)4]2+溶液，将介孔nc加入，常温超声、搅拌后离心干燥，高温热解得到介孔cu-n-c材料。
6、将sio2纳米颗粒加入到硝酸锌醇溶液中，再加入二甲基咪唑的醇溶液，50-70℃下静置沉淀，得到内部嵌入sio2纳米颗粒的zif-8前驱体。
7、所述的sio2纳米颗粒的粒径小于15 nm。
8、sio2纳米颗粒具有优异的化学稳定性，将其嵌入锌基咪唑框架中，不仅不会破坏咪唑框架的生长，还能在框架内占据空间。通过氢氟酸sio2纳米颗粒刻蚀之后，就可以在框架内形成大量的孔。相比于其它方法，sio2纳米颗粒尺寸易于调控，我们通过选择粒径15nm左右的sio2纳米颗粒，可以直接在咪唑衍生的nc中得到大量介孔。
9、步骤1中热解温度为800-1000℃，热解时间为1-3h。
10、氢氟酸溶液的质量浓度为30-42%。
11、[cu(nh3)4]2+溶液为铜盐与氨水配制得到；所述的铜盐包括五水硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的任意一种。
12、所述的[cu(nh3)4]2+溶液的浓度为5-15 mg/ml。
13、[cu(nh3)4]2+溶液是一种铜的氨络合物溶液，cu²⁺离子与氨分子通过配位键结合，形成稳定的[cu(nh3)4]2+络合物。这种稳定的络合物结构使得cu离子在溶液中均匀分散，从而在还原过程中形成更小的cu颗粒。此外，相比于单独的cu²⁺离子，氨分子的存在可以阻止cu颗粒的团聚，进一步减小颗粒尺寸。
14、一种介孔cu-n-c材料，采用所述的方法制备得到的，所述介孔cu-n-c材料在约25°、43.3°、50.4°和74.1°有特征衍射峰。
15、位于25°左右的衍射峰对应于石墨化碳的（002）晶面。除此之外，位于43.3°、50.4°和74.1°的衍射峰分别对应cu金属颗粒的（111）、（200）和（220）晶面（pdf#85-1326），说明得到物相为cu金属颗粒和石墨化碳。石墨化碳具有优异的导电性，能够有效促进电子的传输，此外，cu金属颗粒与石墨化碳之间的协同作用可以优化电子传输路径，增强催化剂的活性和稳定性，从而提高电池的整体性能。
16、一种阴极材料，采用所述的方法制备得到的介孔cu-n-c材料。
17、介孔cu-n-c锌空电池，包括所述的阴极材料。
18、将催化剂均匀滴涂在疏水性hcp120碳纸上作为空气阴极，抛光的锌板作为阳极，pana水凝胶膜作为电解质组装准固态锌空电池。将催化剂均匀滴涂在疏水性hcp120碳纸上作为空气阴极，抛光的锌板作为阳极，含有0.2 m zn(oac)2·2h2o的koh溶液作为电解液组装液态锌空电池。
19、本专利技术所涉及的催化剂制备方法具有以下显著特点：
20、（1）将嵌入sio2纳米颗粒（~15 nm）的锌基咪唑框架（zif-8）前驱体均匀铺展于刚玉舟中，先在管式炉中预热解，然后再浸泡在40 %的氢氟酸溶液中除sio2纳米颗粒，制得介孔氮掺杂碳nc。
21、（2）通过液相吸附铜氨离子[cu(nh3)4]2+从而获得介孔cu-n-c材料。该方法不仅有效减小了cu金属颗粒的尺寸，且具有丰富的介孔结构和优异的氧还原活性，其作为锌-空电池空气阴极实现了高功率密度、优异的充放电循环稳定性，在锌空电池领域具有一定的应用前景。
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1.一种介孔Cu-N-C材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的介孔Cu-N-C材料的制备方法，其特征在于，将SiO2纳米颗粒加入到硝酸锌醇溶液中，再加入二甲基咪唑的醇溶液，50-70℃下静置沉淀，得到内部嵌入SiO2纳米颗粒的ZIF-8前驱体。
3.根据权利要求2所述的介孔Cu-N-C材料的制备方法，其特征在于，所述的SiO2纳米颗粒的粒径小于15 nm。
4.根据权利要求1所述的介孔Cu-N-C材料的制备方法，其特征在于，步骤1中热解温度为800-1000℃，热解时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的介孔Cu-N-C材料的制备方法，其特征在于，氢氟酸溶液的质量浓度为30-42%。
6.根据权利要求1所述的介孔Cu-N-C材料的制备方法，其特征在于，[Cu(NH3)4]2+溶液为铜盐与氨水配制得到；所述的铜盐包括五水硫酸铜、氯化铜、硝酸铜中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的介孔Cu-N-C锌空电池空气阴极材料的制备方法，其特征在于，所述的[Cu(NH3)4]2+溶液的浓度
8.一种介孔Cu-N-C材料，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的，所述介孔Cu-N-C材料在约25°、43.3°、50.4°和74.1°有特征衍射峰。
9.一种阴极材料，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的介孔Cu-N-C材料。
10.介孔Cu-N-C锌空电池，其特征在于，包括权利要求9所述的阴极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种介孔cu-n-c材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的介孔cu-n-c材料的制备方法，其特征在于，将sio2纳米颗粒加入到硝酸锌醇溶液中，再加入二甲基咪唑的醇溶液，50-70℃下静置沉淀，得到内部嵌入sio2纳米颗粒的zif-8前驱体。
3.根据权利要求2所述的介孔cu-n-c材料的制备方法，其特征在于，所述的sio2纳米颗粒的粒径小于15 nm。
4.根据权利要求1所述的介孔cu-n-c材料的制备方法，其特征在于，步骤1中热解温度为800-1000℃，热解时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的介孔cu-n-c材料的制备方法，其特征在于，氢氟酸溶液的质量浓度为30-42%。
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙盼盼，王昕，黄洁，吕晓伟，孙小华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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