本发明涉及一种三元纳米氮化物基双功能催化剂材料，应用于可充柔性固态金属燃料电池。本发明材料以ZIF基多孔氮掺杂碳材料（NPC）为前驱体吸附锚定铁和钴金属离子。基于晶相转变，采用“氮化‑氨化”两步法诱导合成三元纳米氮化铁钴负载的多孔氮掺杂碳材料（CoFeN@NPC）。其中，纳米CoFeN表面衍生出10‑15 nm厚的洋葱碳，该纳米颗粒均匀地负载在圆饼状NPC上。CoFeN@NPC具有优异的氧还原和氧析出催化性能。以CoFeN@NPC作为阴极催化剂组装的可充柔性固态锌空电池在电流密度为50 mA cm‑2时，充电/放电电压间隙仅为1.21 V，并且当固态柔性电池弯折多个角度时依然保持良好的充放电循环性能。
本发明属于电催化剂材料结构改进技术领域，涉及一种多组元纳米结构金属氧化物电催化剂材料及制备方法，以静电纺丝制备的纳米纤维作为模板，在聚合物纳米纤维上均匀包覆聚多巴胺作为碳源，通过热处理碳化及模板去除法得到金属氧化物负载的空心碳管材料。该材料内壁嵌有空心金属纳米颗粒，其空心碳管结构、丰富的氧空位和高比表面积的协同作用使其在电催化过程中具有更低的起始电位和更快的反应动力学。本发明碳材料成本低、密度小，具有独特的内嵌多组元金属活性位点的空心碳管结构，增强了循环稳定性，在10 mA cm‑2电流密度下的H2O分解电位为1.73 V，具有更低的起始电位，推动了电解水产氢应用进程。
本发明属于电催化剂材料结构改进技术领域，涉及一种双相多组元复合电催化材料及制备方法。采用静电纺丝制备纳米纤维模板，设计了一种“热解‑水热‑硫化”策略，一步热解形成空心碳管前驱体，然后经水热生长硫化物及二次硫化合成了一种二维硫化物生长在氮掺杂空心碳纳米管内外壁的电催化剂材料，该材料包括钼、镍、钴多组元金属硫化物@CT，具备空心碳管结构、丰富的硫空位和高比表面积特点，形成了双相多组元硫化物和异质结界面。将其作为电催化材料在碱性OER与HER中均表现出优异的电催化活性，在10 mA cm‑2电流密度下的H2O分解电位为1.54 V，具有较低的起始反应电位，推动了全解水应用进程。
本发明涉及一种锂电池负极材料制备方法，采用静电纺丝制备的纳米纤维作为模板，在聚合物纳米纤维上包覆均匀的酚醛树脂作为碳源，通过热处理碳化及模板去除，得到内壁嵌有金属颗粒的空心碳管材料，增加了充分的形核位点，用于构筑锂负极修饰层。主要制备CuO@CT和Ag@CT两种三维碳管，内壁嵌有亲锂氧化铜或银纳米颗粒，可调控锂负极表面修饰层厚度，防止锂枝晶不均匀形核生长。匹配磷酸铁锂全电池时，在1C下可以循环300周，放电容量仍保持在100 mAh g‑1以上，有较高的放电比容量和循环稳定性。本发明碳材料成本低、密度小，具有独特的内嵌亲锂空心碳管结构，增强锂负极的循环稳定性，推动了锂负极实际应用进程。
本发明公开了一种用于可充锌空气电池的单原子钴负载氮掺杂类石墨碳阴极催化剂，其将双氰胺和双金属Zn‑Co‑ZIF前驱体材料在800‑900℃下碳化而成。在双氰胺存在的情况下，纽扣状的Zn‑Co‑ZIF前驱体逐渐分解并形成单原子钴负载的类石墨碳材料。测试本发明催化剂材料在0.1M KOH溶液中具有优异的ORR/OER双功能催化活性，可作为阴极催化剂应用于可充放电的锌空电池中。在0.5V电压下，本发明催化剂材料的电流密度可达290 mA cm‑2，高于商业Pt/C+RuO2催化剂的248 mA cm‑2。
