一种锌空气电池空气电极催化剂及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115548357A(43)申请公布日2022.12.30(21)申请号202211268676.X(22)申请日2022.10.17(71)申请人河南农业大学地址450000河南省郑州市郑东新区龙子湖高校园区15号(72)发明人刘艳艳李保军董国政(74)专利代理机构郑州芝麻知识产权代理事务所(普通合伙)41173专利代理师董晓勇(51)Int.Cl.H01M4/90(2006.01)H01M12/06(2006.01)H01M4/88(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种锌空气电池空气电极催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于锌空气电池领域，公开一种锌空气电池空气电极催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂的分子式为FeSAC/NC，结构为原子级的Fe‑N‑C活性位分布在杉木和ZIF‑8衍生的氮掺杂碳材料上。制备步骤如下：先合成氮掺杂碳材料NC；将氮掺杂碳材料NC加入到含Zn(NO3)2,Fe(NO3)3和2‑甲基咪唑的甲醇溶液中搅拌24h，乙醇洗涤，真空干燥后在管式炉中热解得到催化剂FeSAC/NC。本发明采用在氮掺杂碳材料NC上生长Fe‑ZIF‑8再热解的方法制备了FeSAC/NC催化剂，所制备的FeSAC/NC催化剂用于准固态锌空气电池，功率密度可以达到82.1mW/cm2，且稳定循环80h。CN115548357ACN115548357A权利要求书1/1页1.一种锌空气电池空气电极催化剂，其特征在于，所述催化剂的分子式为FeSAC/NC，结构为原子级分散的Fe‑N‑C活性位均匀分布在杉木和ZIF‑8衍生的氮掺杂碳材料上。2.一种如权利要求1所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：S1、称取20g氯化铵溶解在500mL去离子水中，制得氯化铵溶液；S2、将2cm×2cm×0.5cm的杉木块放入S1所制得的氯化铵溶液中搅拌24h，捞出在烘箱中80℃条件下放置8h烘干，得到掺氮杉木块；S3、将S2所制得的掺氮杉木块置于管式炉中，在氩气条件下加热到900℃保持2h，自然降温后得到氮掺杂多孔碳材料NCⅠ；S4、将1190mgZn(NO3)2·6H2O和121mgFe(NO3)3·9H2O于室温条件溶解在25mL甲醇中，制得甲醇分散液A；S5、将1314mg2‑甲基咪唑于室温条件溶解在15mL甲醇中，制得甲醇分散液B；；S6、将200mgS3所制得的氮掺杂多孔碳材料NCⅠ加入到S4所制得的甲醇分散液A中搅拌6h，得到含氮掺杂多孔碳材料NCⅠ的甲醇溶液，S7、将S5所制得的甲醇分散液B加入到S6所制得含氮掺杂多孔碳材料NCⅠ的甲醇溶液中，搅拌24h后取出反应后的氮掺杂多孔碳材料NCⅠ，得到氮掺杂多孔碳材料NCⅡ；S8、用乙醇洗涤S7得到的氮掺杂多孔碳材料NCⅡ，然后在真空干燥箱中60℃条件下干燥8h，得到Fe‑ZIF‑8/NC；S9、将S8得到的Fe‑ZIF8/NC在管式炉氩氢混合气条件下加热到900℃保持3h，自然降温后制得催化剂FeSAC/NC。3.如权利要求2所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于，S3中，以5‑8℃·min‑1的速率升温。4.如权利要求2所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于，S9中，氩氢混合气中氩气与氢气的体积比为95：5。5.如权利要求2所述的锌空气电池空气电极催化剂的制备方法，其特征在于，S9中，以3‑5℃·min‑1的速率升温。6.一种锌空气电池空气电极催化剂，其特征在于，应用于锌空气电池。2CN115548357A说明书1/5页一种锌空气电池空气电极催化剂及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于锌空气电池技术领域，具体涉及一种锌空气电池空气电极催化剂及其制备方法和应用。背景技术[0002]21世纪以来，人们致力于开发各种可再生能源，促进多样化能源利用，降低化石能源的使用占比，提升能源安全并减缓地球环境恶化。其中锌空气电池作为新一代高效的绿色能源转换与储存装置，受到人们的广泛关注和研究。[0003]氧还原反应(ORR)是锌空气电池空气电极中的基本反应，但是ORR的高过电位和缓慢动力学严重阻碍了这两种电池的发展应用。目前Pt族贵金属催化剂在ORR反应中表现优异，然而由于Pt族贵金属的稀缺，昂贵以及在反应中的低耐久性和选择性等缺点，限制了其更广阔的市场前景。[0004]因此，迫切需要开发更低成本，储量更丰富，性能更优异的非贵金属ORR催化剂推动锌空气电池的发展，这也是目前该领域的研究热点和重点。单原子催化剂(SAC)由于具有最大的原子利用率、丰富的界面效应、优异的催化活性和选择性等突出优势，近年来得到了迅速发展。各种用于ORR反应的单原子催化剂