[發明專利]催化劑及其制備方法、陰極以及電化學系統

有效

• 申請號: 201811015662.0
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109216717B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 張瀟源;董恒;黃霞;梁鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M8/16;C02F1/46;C02F1/72
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

1.一種電化學系統，其特征在于，包括

陰極，所述陰極為空氣陰極，

殼體，所述殼體中限定出反應空間；

陽極，所述陽極與所述陰極電連接；

產電微生物，所述產電微生物附著在所述陽極的外表面；

所述陰極包括催化劑層，所述催化劑層包括可催化產生雙氧水的催化劑，

所述催化劑為可自支撐的層狀結構，制備所述陰極包括：將所述層狀結構壓合在支撐結構上，以便獲得所述陰極；

其中，所述催化劑包括碳纖維，所述碳纖維上修飾有碳化處理后的金屬-有機框架化合物和鐵，

所述金屬-有機框架化合物為ZIF-8，

制備所述催化劑包括：

將所述金屬-有機框架化合物分散在溶劑中，形成懸濁液；

向所述懸濁液中分別加入碳源和鐵源，以便形成前驅體溶液；

對所述前驅體溶液進行靜電紡絲處理，以便形成修飾了所述金屬-有機框架化合物和鐵的纖維；

對所述纖維進行預氧化處理；

將經過所述預氧化處理的所述纖維進行碳化處理，以便形成所述催化劑，

所述預氧化處理包括：

將所述修飾了金屬-有機框架化合物和鐵的纖維置于空氣氛圍中，進行第一加熱處理，所述第一加熱處理的升溫速率為0.1-10?C/min，升溫至220-400?C后，保溫1-3h，

并且，所述碳化處理后的金屬-有機框架化合物保留有晶體形貌。

2.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，基于所述催化劑的總質量，所述金屬-有機框架化合物的重量百分比為1%~50%。

3.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，基于所述催化劑的總質量，所述鐵的重量百分比為1%~50%。

4.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述碳纖維的直徑為0.1-5 μm。

5.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述催化劑為可自支撐的層狀結構，所述層狀結構具有孔隙，所述催化劑進一步包括：填充在所述孔隙中的碳基催化材料。

6.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述碳源包括聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、炭黑、石墨烯、碳納米管以及介孔碳至少之一。

7.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述鐵源包括三乙酰丙酮鐵、二乙酰丙酮亞鐵、三氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硝酸鐵以及硝酸亞鐵的至少之一。

8.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述靜電紡絲處理的電壓為5-30KV。

9.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述靜電紡絲處理中，電紡噴頭距接收器的距離為8-30 cm。

10.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述靜電紡絲處理中，向所述電紡噴頭供給所述前驅體溶液的速度為5-100 μL/min。

11.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述碳化處理包括：

將經過所述預氧化處理的所述修飾了金屬-有機框架化合物和鐵的纖維，在氮氣氛圍中進行第二加熱處理，升溫至1000?C，碳化1-2h，所述第二加熱處理的升溫速率為0.1-10?C/min。

12.根據權利要求1所述的電化學系統，其特征在于，所述陰極進一步包括：集電層；以及擴散層。

13.根據權利要求12所述的電化學系統，其特征在于，所述催化劑層中不含粘結劑。

14.根據權利要求12所述的電化學系統，其特征在于，所述催化劑層中所述催化劑的負載量2-30 mg/cm²。