[發明專利]一種具有核殼結構的NiO@NC雙功能電催化劑的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201910677989.2
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110265678A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 楊林;王荷;谷佳莉
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/06;H01M12/08
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種具有核殼結構的NiO@NC雙功能電催化劑的制備方法及其應用，屬于鋅空電池催化劑技術領域。本發明的技術方案要點為：將氯化鎳和尿素溶于蒸餾水中，攪拌混合均勻后置于反應釜中于140℃反應10h得到綠色沉淀，再經二次水和無水乙醇洗滌數次后真空干燥得到中空球形前驅體；將鹽酸多巴胺粉末溶于tris溶液中，再將中空球形前驅體分散于鹽酸多巴胺的tris溶液，于室溫反應8h，再經二次水和乙醇洗滌多次后真空干燥得到黑色前驅體@PDA粉末；將黑色前驅體@PDA粉末置于管式爐中于200?500℃煅燒2h，最終制得具有核殼結構的NiO@NC鋅空電池催化劑。本發明中核殼結構的催化劑具有較大的比表面積，活性位點暴露較多，并能與電解液更好的接觸，可以有效提高催化劑的電催化活性。

技術領域

本發明屬于鋅空電池催化劑技術領域，具體涉及一種具有核殼結構的NiO@NC雙功能電催化劑的制備方法及其應用。

背景技術

鋅空電池作為一種清潔能源，具有高比能量、低成本、無污染等優勢，在很多領域有實際性的應用，成為近年來研究的熱點。在鋅空電池中，催化劑是核心組成部分，也是決定電池成本和性能的關鍵材料。近年來，關于鋅空電池單功能催化劑的研究層出不窮，然而，合成ORR和OER雙功能電催化劑仍然具有挑戰性。因此，開發一種雙功能電催化劑成為鋅空電池催化劑合成技術領域有待解決的重要問題之一。

最近，已經實現了許多過渡金屬基電催化劑的合成，如過渡金屬氧化物，由于其高的本征活性、完美的穩定性及卓越的導電性而被應用于OER/ORR反應，進而引發了人們的廣泛關注。其中過渡金屬氧化物比表面積較大，活性位點暴露較多，并能與電解液更好的接觸，具有良好的OER性能，然而它在催化過程中結構容易被破壞，不穩定，這些不足制約著無定形過渡金屬氧化物的應用。

碳基非貴金屬催化劑因其具有一定的ORR催化活性、優異的抗中毒性能和良好的穩定性，引起了廣泛的研究。同時，氮摻雜的碳可以調整碳的電子結構，進一步改善碳基材料的導電性，從而提高其催化性能。然而碳基材料由于具有緩慢的動力學特征，大部分表現出較弱的OER性能，這些問題有待進一步解決。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種合成操作簡單、反應條件溫和且反應效率較高的具有核殼結構的NiO@NC雙功能電催化劑的制備方法及其應用。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種具有核殼結構的NiO@NC雙功能電催化劑的制備方法，其特征在于具體步驟為：

步驟S1：將氯化鎳和尿素溶于蒸餾水中，攪拌混合均勻后置于反應釜中于140℃反應10h得到綠色沉淀，再經二次水和無水乙醇洗滌數次后真空干燥得到中空球形前驅體；

步驟S2：將鹽酸多巴胺粉末溶于tris溶液中，再將步驟S1得到的中空球形前驅體分散于鹽酸多巴胺的tris溶液，于室溫反應8h，再經二次水和乙醇洗滌多次后真空干燥得到黑色前驅體@PDA粉末；

步驟S3：將步驟S2得到的黑色前驅體@PDA粉末置于管式爐中于200-500℃煅燒2h，最終制得具有核殼結構的NiO@NC鋅空電池催化劑，該NiO@NC鋅空電池催化劑內部前驅體球的直徑在2-5μm之間，外層氮摻雜碳的平均厚度為100nm。

優選的，步驟S1中所述氯化鎳與尿素的投料質量比為1:5-5:1。