一种单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113410579A(43)申请公布日2021.09.17(21)申请号202110537716.5(22)申请日2021.05.18(71)申请人北京化工大学地址100029北京市朝阳区北三环东路15号(72)发明人曲晋张婷婷于中振(74)专利代理机构北京五月天专利商标代理有限公司11294代理人王振华(51)Int.Cl.H01M50/449(2021.01)H01M50/409(2021.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及一种单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料及其制备方法和应用，利用二氧化硅作为硬模板，通过多巴胺丰富的官能团与金属盐的相互作用在聚合过程中使得金属原子均匀分散，热解碳化后刻蚀模板得到单原子金属/氮共掺杂空心碳球材料。该材料对多硫化物具备物理吸附，化学吸附，光/电催化转化等多种协同作用。将这种材料用于锂硫电池隔膜涂层，能够有效抑制多硫化物的穿梭，并加速多硫化物的转化，从而提高锂硫电池的电学性能。CN113410579ACN113410579A权利要求书1/1页1.一种单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料，其特征在于，其中金属是以原子形式存在，并且材料的结构是空心碳球结构，所述的金属为铁、钴、镍、钒、锌中的一种或几种。2.权利要求1所述的单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料的制备方法，其特征在于，采用聚合物封装法，利用多巴胺与金属盐的相互作用实现金属盐均匀分散，随后经热解，刻蚀，干燥即得。3.权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：将含有金属盐的多巴胺聚合在二氧化硅表面，进行高温热解碳化得到单原子金属/氮掺杂碳和二氧化硅核壳结构材料；步骤(2)：将步骤(1)的单原子金属/氮掺杂碳和二氧化硅核壳结构材料在氢氧化钠溶液中刻蚀，去除硬模板；步骤(3)：将步骤(2)的反应产物用水和乙醇分别洗涤数次，干燥得到单原子金属/氮共掺杂空心碳球材料。4.权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属盐为金属铁盐，金属钴盐，金属镍盐，金属钒盐，金属锌盐中的一种或几种；所述铁盐为硝酸铁，氯化铁，乙酰丙酮铁，卟啉铁中的一种或几种；所述钴盐为硝酸钴，氯化钴，乙酰丙酮钴，卟啉钴中的一种或几种；所述镍盐为硝酸镍，氯化镍，乙酰丙酮镍中的一种几种，所述金属钒盐为三氯化钒，硫酸钒，乙酰丙酮氧钒中的一种或几种；所述锌盐为硝酸锌，氯化锌，醋酸锌，乙酰丙酮锌中的一种或几种；步骤(1)中，所述的高温热解碳化在氩气保护气氛下，在750~900℃下进行；优选在900℃下进行高温热解碳化处理。5.权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氢氧化钠浓度为2~8mol/L，优选为4mol/L；刻蚀温度为40~90℃，优选为45℃；刻蚀时间为24~36h，优选为36h；步骤(3)中，干燥的环境是真空环境，并且温度在30℃‑60℃之间，优选干燥温度为60℃。6.权利要求1所述的单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料或是权利要求2‑5中任一项所述的制备方法制备得到的单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料在锂硫电池隔膜涂层中的应用，其特征在于，将所述单原子金属/氮共掺杂空心碳球材料涂覆在隔膜表面进行修饰。7.权利要求6所述的应用，其特征在于，将所述单原子金属/氮共掺杂空心碳球材料与粘结剂研磨均匀得到混合浆料，涂覆在隔膜表面，干燥备用，涂层厚度控制在20‑50μm，优选为25μm。8.权利要求7所述的应用，其特征在于，以单原子金属/氮掺杂空心碳球材料和粘结剂的总质量为基准，其中单原子金属/氮元素共掺杂空心碳球材料所占质量分数为80~90%，优选90%；粘结剂所占质量分数为10%~20%，优选10%。9.权利要求7所述的应用，其特征在于，将质量比为9：1的单原子金属/氮共掺杂空心碳球材料和粘结剂混合，研磨后得到均匀浆料，将该浆料涂敷在隔膜上，涂层厚度25μm左右，将改性后的隔膜真空干燥备用。10.一种具有该改性隔膜的锂硫电池，其特征在于，所述的改性隔膜通过权利要求6‑9中任一项的方法制备得到。2CN113410579A说明书1/4页一种单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于锂硫电池储能领域，具体涉及一种单原子金属/氮共掺杂空心碳球光/电催化材料及其制备方法和应用，特别是在锂硫电池隔膜修饰涂层中的应用。背景技术[0002]面对燃油车带来的环境污染，能源短缺等问题。新能源汽车迎来新的发展，其中动力电池性能的提高是解决新能源汽车续航里程低