[发明专利]一种ZIF衍生的富边圆饼状Fe/Co-N-C电催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及电化学催化技术领域，具体涉及一种ZIF衍生的富边圆饼状Fe/Co‑N‑C电催化剂、制备方法及其应用，将六水硝酸钴或九水硝酸铁和六水硝酸锌溶于甲醇溶液中，将苯并咪唑溶于甲醇溶液中，将得到的金属溶液缓慢加入后得的溶液中，然后将得到的溶液在室温下静置，离心收集沉淀物，沉淀物用乙醇洗涤后干燥，将干燥后的样品在氮气下700～1000℃碳化得到电催化剂，这种ZIF衍生的Fe/Co‑N‑C电催化剂、制备方法及其应用，解决了如何为可充电锌空气电池开发丰富、低成本和高效率的电催化剂的问题。

技术领域

本发明涉及电化学催化技术领域，具体涉及一种ZIF衍生的富边圆饼状Fe/Co-N-C电催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

日益严重的环境问题和全球能源需求的快速增长，为缓解化石燃料逐渐枯竭和随之而来的气候问题，寻找新型的替代能源转换和存储设备已引起全球关注。可充电锌空气电池(ZABs) 由于其较高的理论能量密度(1084wh/kg)、低成本锌金属(≈0.9USD lb-1)、环境友好和安全特性而被认为是最有前途的候选电池之一。然而，锌-空气电池的能效始终受到氧还原/析氧 (ORR/OER)反应中多步电子转移过程的阻碍，限制了其广泛应用。迄今为止，贵金属基(如铂、铱、钌)催化剂是ORR和OER最具竞争力的候选催化剂。然而，这些材料昂贵的费用和低劣的耐久性极大的阻碍了其进一步的大规模商业应用。所以，需要为ZABs开发丰富、低成本和高效率的电催化剂。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决如何为可充电锌空气电池开发丰富、低成本和高效率的电催化剂的问题，提供了一种ZIF衍生的富边圆饼状蓬松多孔隙富边Fe/Co-N-C电催化剂、制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明公开了一种ZIF衍生的富边圆饼状Fe/Co-N-C电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：将六水硝酸钴或九水硝酸铁和六水硝酸锌溶于甲醇溶液中，得到金属溶液；

S2：将苯并咪唑溶于甲醇溶液中；

S3：将步骤S1所得的金属溶液缓慢加入步骤S2所得的溶液中；

S4：将步骤S3得到的溶液在室温下静置，离心收集沉淀物，用乙醇洗涤后干燥得到前驱体；

S5：将步骤S4干燥后的样品在氮气下700～1000℃碳化得到蓬松多孔隙富边电催化剂。

所述步骤S1中六水硝酸钴和六水硝酸锌的摩尔比为1:1～3，甲醇溶液体积与六水硝酸钴的摩尔之比为60mL：1mmol。

所述步骤S1中采用九水硝酸铁代替六水硝酸钴时，九水硝酸铁与六水硝酸锌的摩尔比为 0.5～1：1～3，甲醇溶液体积与九水硝酸铁的摩尔之比为60mL：1mmol。

所述步骤S2中苯并咪唑的摩尔量与甲醇溶液的体积比为1mmol：6mL。

所述步骤S4中收集的沉淀物为蓝紫色或土黄色。

所述步骤S4中得到的前驱体的形状为富边圆饼状。

所述步骤S5中碳化温度为900℃。

所述步骤S1中九水硝酸铁和六水硝酸锌的摩尔比为1:1。

本发明还公开了采用上述制备方法制得的ZIF衍生的Fe/Co-N-C电催化剂以及这种ZIF 衍生的富边圆饼状Fe/Co-N-C电催化剂在可充电锌空气电池中的应用。