[发明专利]酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂及其制备方法和用途

摘要

本发明公开了酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂及其制备方法和用途。该酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂包括：多壁碳纳米管载体；以及酞菁铁衍生物活性组分。该酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂可以在中性电解质中有效催化氧气还原反应，并通过吸电子取代基引入酞菁铁改进性能，显著提高镁‑空气电池的能量转化效率，且具有制备方法简单、成本低廉的优点。 1

主权项

1.一种酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂，其特征在于，包括：

多壁碳纳米管载体；以及

酞菁铁活性组分，所述酞菁铁活性组分为式(I)所示化合物，

式(I)中，各R分别独立地为H、CN、NO₂、NH₂、F、CF₃、OMe或COOMe。

2.根据权利要求1所述的酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂，其特征在于，所述酞菁铁活性组分为下列至少之一所示的化合物：

3.根据权利要求1所述的酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂，其特征在于，所述酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂中铁的含量为0.1～5wt％。

4.一种制备权利要求1～3任一项所述的酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂的方法，其特征在于，包括：

将经过预处理的多壁碳纳米管与有机溶剂混合，以便得到第一混料；

将式(I)所示化合物与有机溶剂混合，以便得到第二混料；

将所述第二混料滴加至所述第一混料中，以便使所述式(I)所示化合物负载在所述多壁碳纳米管上，并进行离心分离，以便得到所述酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、戊醇和四氢呋喃中的至少之一。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预处理包括：将多壁碳纳米管在500℃下焙烧2h后，用6mol/L的盐酸超声处理30min后于80℃回流12h，再依次进行离心、洗涤和冷冻干燥处理。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管与所述式(I)所示化合物的质量比为1:(0.01～1)。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括：使所述式(I)所示化合物负载在所述多壁碳纳米管上并进行离心分离后，将得到的固体物料用依次N,N‑二甲基甲酰胺和乙醇洗涤，并分散至水中，再进行冷冻干燥处理，以便得到所述酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂。

9.权利要求1～3任一项所述的酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂或者权利要求4～8任一项所述方法制备得到的酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂在制备镁‑空气电池中的用途。

10.一种镁‑空气电池，其特征在于，包括：

金属镁阳极；

电解质；以及

阴极，所述阴极上涂覆有权利要求1～3任一项所述的酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂或者权利要求4～8任一项所述方法制备得到的酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂。

11.根据权利要求10所述的镁‑空气电池，其特征在于，在所述阴极上，所述酞菁铁基碳纳米管复合电催化剂的涂覆量为0.1～10mg/cm²。