一种CoFe/NC电催化剂的制备方法及在锌空电池中应用

本发明涉及一类高效、廉价锌空电池阴极电催化剂，特别涉及一种cofe/nc电催化剂的制备方法及在锌空电池的应用。

背景技术：

1、近年来，气候变化、环境和能源短缺问题日益加重。为摆脱对不可再生资源（如石油、煤、天然气）的依赖，新能源的开发利用引人瞩目。目前较有前景的储能装置包括质子交换膜燃料电池和锌空气电池。其中锌空气电池具有低成本（锌和空气都是广泛且廉价的资源）、环境友好、高理论能量密度（1086wh kg−1）、可充性（可反复使用）、方便携带和可靠性（相较于太阳能和电能是可持续能源）等优点，而被大力推广研究。但由于其空气阴极中缓慢的氧化还原反应动力学（orr/oer），导致电池能量效率低、寿命短。贵金属pt 基和 ru/ir基材料分别是 orr 和 oer 最有效的电催化剂，但这类贵金属催化剂成本高、稳定性差、性能单一，不利于大规模应用。因此开发高效低成本的非贵金属电催化剂是锌空气电池研究的核心内容。

2、过渡金属负载的氮掺杂碳电催化剂，以氮掺杂碳为载体，具有低成本和优异的电催化活性。特别是过渡金属铁负载的氮掺杂碳电催化剂具有十分优异的orr活性，而oer活性很差，需要引入具有oer活性的物种提高其双功能活性以应用于锌空气电池。基于以上背景，本专利以co掺杂的zif-8为前驱体，经溶有fe(oac)2·4h2o甲醇溶液浸泡处理，干燥后高温退火处理得到钴铁合金负载氮掺杂碳电催化剂（cofe/nc）。该催化剂该电催化剂具有十分优异的双功能活性、较好的稳定性、优异的孔隙结构，在锌空电池领域具有潜在应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有优异双功能的锌空电池空气阴极电催化剂cofe/nc。其制备方法具体步骤为：

2、一种cofe/nc电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、co-zif-8分散在醇溶剂中，加入fe(oac)2·4h2o后进行超声反应后，进行离心干燥得到co-zif@fe(oac)2，将co-zif@fe(oac)2在管式炉中高温热解，获得cofe/nc电催化剂。

4、所述co-zif-8的制备方法是将六水硝酸钴和六水硝酸锌的醇溶液与二甲基咪唑的醇溶液混合后进行反应得到的。

5、co-zif-8与fe(oac)2·4h2o的质量比为15-20。

6、所述的烧结温度为在惰性气氛中，以3-5℃/min的升温速率升温至800-1000℃。

7、本发明的又一技术方案是将所述的制备方法制备得到的cofe/nc电催化剂作为锌空电池材料中的应用。

8、本发明所涉及的cofe/nc电催化剂及制备方法具有以下显著特点：

9、（1）丰富的孔隙结构，比表面积为800 m2g-1及以上，孔体积为0.9 cm3g-1及以上；在本发明的一个实施例中，可以实现861 m2g-1，孔体积为0.91 cm3g-1。

10、（2）优异的双功能活性，氧还原半波电位为0.89 v vs. rhe，析氧过电位（10 macm-2）为310 mv。作为锌空电池空气阴极实现了高功率密度（准固态电池功率密度可达587mw cm-2、液态电池功率密度193 mw cm-2），优异的充放电循环稳定性（准固态电池在2 macm-2恒定电流密度下可循环充放电60 h、液态电池在10 macm-2恒定电流密度下可循环充放电达2000 h）。

技术特征：

1.一种cofe/nc电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的cofe/nc电催化剂的制备方法，其特征在于，所述co-zif-8的制备方法是将六水硝酸钴和六水硝酸锌的醇溶液与二甲基咪唑的醇溶液混合后进行反应得到的。

3.根据权利要求1所述的cofe/nc电催化剂的制备方法，其特征在于，co-zif-8与fe(oac)2·4h2o的质量比为15-20。

4.根据权利要求1所述的cofe/nc电催化剂的制备方法，其特征在于，所述的热解温度为在惰性气氛中，以3-5℃/min的升温速率升温至800-1000℃，保温时间为1-3h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的cofe/nc电催化剂作为锌空电池材料中的应用。

技术总结本发明公开了一种CoFe/NC电催化剂的制备方法，Co‑ZIF‑8分散在醇溶剂中，加入Fe(OAc)<subgt;2</subgt;·4H<subgt;2</subgt;O后进行超声反应后，进行离心干燥得到Co‑ZIF@Fe(OAc)<subgt;2</subgt;，将Co‑ZIF@Fe(OAc)<subgt;2</subgt;在管式炉中高温热解，获得CoFe/NC电催化剂。本发明将所得到的CoFe/NC电催化剂作为锌空电池材料中的应用。作为锌空电池空气阴极实现了高功率密度（准固态电池功率密度可达587 mW cm<supgt;‑2</supgt;、液态电池功率密度193 mW cm<supgt;‑2</supgt;），优异的充放电循环稳定性（准固态电池在2 mAcm<supgt;‑2</supgt;恒定电流密度下可循环充放电60 h、液态电池在10 mAcm<supgt;‑2</supgt;恒定电流密度下可循环充放电达2000 h）。技术研发人员：孙盼盼,施贤玉,王昕,吕晓伟,孙小华受保护的技术使用者：三峡大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2