[發明專利]一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201910583987.7
• 申請日: 2019-07-01
• 公開（公告）號: CN110265677B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 丁倩倩;耿哲;張杰
• 申請（專利權）人: 蘇州工業職業技術學院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;B82Y30/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明公開了一種NiCo@NiS鑲嵌的S?摻雜碳納米管復合材料及其制備和應用，該復合材料包括NiCo@NiS納米顆粒、S摻雜碳納米管，NiCo@NiS納米顆粒鑲嵌在S摻雜碳納米管上，NiCo@NiS納米顆粒的粒徑為11～15nm。該復合材料的制備方法包括：將三聚氰胺、半胱氨酸、六水合氯化鎳、六水合氯化鈷按照40:2:1:1的摩爾比例混合，然后研磨得到固體粉末；將研磨后的固體粉末放置于馬弗爐中，然后向馬弗爐中通入惰性氣氛的氣體，馬弗爐升高溫度至550℃，并保持2h；再將馬弗爐升高溫度至800℃，并保持2h，待溫度冷卻后再收集。該復合材料用于電催化劑，進行氧還原反應和析氫反應雙功能催化，表現優良。

技術領域

本發明屬于催化劑制備及其應用領域，尤其涉及一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料及其制備和應用。

背景技術

近年來，隨著化石能源的消耗、能源需求的不斷增加以及環境友好意識不斷成熟，世界各國相對清潔可持續的能量裝換裝置進行開發研究，其中利用電化學反應的能量存儲與轉化設備受到人們極大關注。二次金屬-空氣電池具有制備簡單、安全性能優異以及環境友好等優點、在經濟效益和環境保護方面，鋅空氣電池已經被公認為是21世紀最為有效和可靠的新能源技術之一。特別是鋅-空氣電池的理論密度大大高于傳統的鋰離子電池，可以應用于電動汽車等大功率設備。然而，由于迄今仍缺乏合適的空氣擴散電機電催化劑，使空氣電池的放電電流密度偏小，效率低下和壽命較短，從而大大限制了鋅空氣電池的應用領域和產業化步伐。目前，鉑碳等貴金屬催化劑仍然被看作是ORR(氧還原反應)活性最高的電催化劑。然而，鉑等貴金屬催化劑制作成本頗高，同時地球儲量稀缺，無法大量生產普遍使用。此外，該類催化劑雖然對ORR(氧還原反應)表現出很好的活性，而在OER(析氧反應)上卻表現不佳。因而在可逆空氣電極催化劑的大規模應用上受到極大限制。因此開發價格低廉、同時具有氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)的雙功能催化劑顯得尤為迫切。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料，具有NiCo@NiS納米顆粒鑲嵌在S摻雜碳納米管上的結構，且碳納米管部分發生石墨化，同步實現了電子傳輸性能的改善與催化活性位點的調控；

本發明的第二目的是提供一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料的制備方法，制備方法簡單易行；

本發明的第三目的是提供一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料的應用，作為催化劑，用于氧還原反應和析氫反應。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料，所述復合材料包括NiCo@NiS納米顆粒、S-摻雜碳納米管，所述NiCo@NiS納米顆粒鑲嵌在所述S-摻雜碳納米管上，所述NiCo@NiS納米顆粒的粒徑為11～15nm。

本發明還提供了一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料的制備方法，包括：

步驟1：將三聚氰胺、半胱氨酸、六水合氯化鎳、六水合氯化鈷按照40:2:1:1的摩爾比例混合，然后研磨得到固體粉末；

步驟2：第一階段煅燒：將步驟1中研磨后的固體粉末放置于馬弗爐中，然后向馬弗爐中通入惰性氣氛的氣體，然后馬弗爐升高溫度至550℃，并保持2h；

步驟3:第二階段煅燒：再將馬弗爐升高溫度至800℃，并保持2h，待溫度冷卻后再收集。

優選地，所述惰性氣氛的氣體包括氮氣和/或氬氣和/或氦氣。

優選地，所述第一階段煅燒馬弗爐升溫速度為3℃/min。

優選地，所述第二階段煅燒馬弗爐升溫速度為5℃/min。

本發明還提供了一種NiCo@NiS鑲嵌的S-摻雜碳納米管復合材料的應用，用于電催化劑，進行氧還原反應和析氫反應。