[發(fā)明專(zhuān)利]一種內(nèi)層碳鑲嵌金屬納米顆粒的碳空心球的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810308542.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108417853B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易清風(fēng);李廣;余亮;陳瑤;楊孝昆
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/90
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 張家界市慧誠(chéng)商標(biāo)專(zhuān)利事務(wù)所 43209
• 代理人: 高紅旺

本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)層碳鑲嵌鎳鈷納米顆粒的氮摻雜碳空心球電催化劑的制備方法：首先利用水熱法，制備含氧碳層包覆的金屬氧化物顆粒；接著，將聚多巴胺沉積于含氧碳層外表面；隨后高溫?zé)峤猓鄱喟桶窡峤庑纬商?氮復(fù)合物，并結(jié)合在含氧碳層的結(jié)構(gòu)中，形成氮摻雜的碳?氮復(fù)合物層。而最里層的部分鎳?鈷氧化物被高溫?zé)峤猱a(chǎn)生的碳還原，形成金屬單質(zhì)鎳和鈷，它們從里向外鑲嵌進(jìn)入碳?氮復(fù)合物的結(jié)構(gòu)中，從而在里層形成空腔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了一種外層碳氮復(fù)合物包覆、內(nèi)層碳鑲嵌金屬納米顆粒的碳空心球。本發(fā)明的材料對(duì)氧還原反應(yīng)的電催化活性高度穩(wěn)定，可以反復(fù)循環(huán)使用，作為陰極材料在鋅?空氣電池領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型電化學(xué)能源材料領(lǐng)域，具體涉及到一種內(nèi)層碳鑲嵌金屬納米顆粒的碳空心球的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋅-空氣電池是一種新型的電化學(xué)能源裝置，它具有安全、零污染、高能量、大功率、低成本及材料可再生等優(yōu)點(diǎn)，是一種裝備電動(dòng)汽車(chē)等的理想動(dòng)力電源。我國(guó)的鋅儲(chǔ)量很大，居世界第一，所以開(kāi)發(fā)鋅-空氣電池也具有明顯的資源優(yōu)勢(shì)。在氫氧燃料電池車(chē)的商業(yè)化面臨價(jià)格昂貴、投資巨大、技術(shù)瓶頸一時(shí)難以逾越的時(shí)候，鋅-空氣電池的誕生也許可為環(huán)保汽車(chē)的普及提供一條捷徑。

鋅-空氣電池另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)就是可再生利用。鋅電極使用完后，可通過(guò)再生還原得到再次使用。另外，鋅電極也可以采用機(jī)械充電方式，即將用完后的鋅電極從電池中取出，放入特制的槽中充電。鋅空氣電極可以重復(fù)使用多次，還可以制成直接充電的鋅空氣電池，簡(jiǎn)稱二次鋅空氣電池。由于鋅空氣電池的充電主要是更換極板，所以極板的再生可以集中進(jìn)行。極板的分發(fā)可以像商店那樣布點(diǎn)，不必建立專(zhuān)用的充電站。這不但可以節(jié)約大量先期投資，而且給用戶帶來(lái)很多方便。

但要實(shí)現(xiàn)鋅-空氣電池反復(fù)多次的機(jī)械充電方式，即只是更換鋅陽(yáng)極，而空氣電極，即陰極必須能夠多次反復(fù)地循環(huán)使用，而且要保持對(duì)氧還原反應(yīng)高效率的電催化活性。所以這種機(jī)械充電方式的鋅-空氣電池的主要關(guān)鍵部件是陰極，即陰極催化劑必須具有高度穩(wěn)定的電活性，而且可以反復(fù)使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)層碳鑲嵌金屬納米顆粒的碳空心球，本發(fā)明的目的還提供了一種內(nèi)層碳鑲嵌金屬納米顆粒的碳空心球的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施方案為：一種內(nèi)層碳鑲嵌金屬納米顆粒的碳空心球的制備方法，包括以下步驟：

（1）將二價(jià)鎳鹽和二價(jià)鈷鹽溶于聚乙二醇的水溶液中，在不斷攪拌下用1 mol×LNaOH 溶液將溶液 pH 調(diào)至10，隨后加入葡萄糖，攪拌，使混合物形成均勻溶液；最后，將溶液移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)容器中，在 180℃下反應(yīng)，冷卻，過(guò)濾，所得固體用水洗，40^oC下真空干燥，得到含氧碳層(用COC表示)包覆的鎳鈷氧化物（用NiCo-Ox表示），記為NiCo-Ox@COC；

所述二價(jià)鎳鹽為醋酸鎳 (Ni(CH₃COO)₂×4H₂O)，或硝酸鎳（Ni(NO₃)₂·6H₂O），或氯化鎳（NiCl₂·6H₂O）；

所述二價(jià)鈷鹽為醋酸鈷(Co(CH₃COO)₂×4H₂O)，或硝酸鈷（Co(NO₃)₂·6H₂O），或氯化鈷（CoCl₂·6H₂O）；

所述二價(jià)鎳鹽與二價(jià)鈷鹽在均勻溶液中總的質(zhì)量根據(jù)二價(jià)鎳離子與二價(jià)鈷離子的總質(zhì)量確定：二價(jià)鎳離子與二價(jià)鈷離子在均勻溶液中的總質(zhì)量為0.8 ~ 2.5 wt%；

所述均勻溶液中，鎳鹽與鈷鹽的質(zhì)量比根據(jù)二價(jià)鎳離子與二價(jià)鈷離子的質(zhì)量比確定：二價(jià)鎳離子與二價(jià)鈷離子的質(zhì)量比為1:（0.5 ~3）；