[發明專利]一種鈷氮共摻雜生物質炭鋅空電池催化劑制備方法

有效

• 申請號: 202010010164.8
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111129531B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 刁金香;邱國婷;馬麗;周超;孫超
• 申請（專利權）人: 西安航空職業技術學院
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M12/08
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發明公開了一種鈷氮共摻雜生物質炭鋅空電池催化劑制備方法，具體按照以下步驟實施：步驟1、生物質炭制備；步驟2、生物質炭浸漬硝酸鈷并冷凍干燥得鈷浸漬生物質炭；步驟3、將鈷浸漬生物質炭進行熱處理得鈷氮共摻雜生物質炭。本發明的有益效果是：本發明催化劑制作方法簡單，可進行規模化的工業生產，所制備出的催化劑活性高、穩定性好，電催化性能優于，具有很高的經濟效益。

技術領域

本發明屬于生物質炭鋅空電池催化劑制備技術領域，具體涉及一種鈷氮共摻雜生物質炭鋅空電池催化劑制備方法。

背景技術

鋅空氣電池，是用活性炭吸附空氣中的氧作為正極活性性物質，以鋅為負極，以氯化銨或者苛性堿溶液為電解質的一種原電池。Zn-Air電池屬于空氣電池中一種，它通過鋅在空氣中的氧化來產生電能，與傳統的鋰離子電池相比，它具有體積小，電池容量大、質量小、環保、成本低，能在較寬范圍內正常工作、無腐蝕且工作安全可靠的特點。在各種的儲能和轉換技術中，可充電的鋅空的放電和充電過程分別由氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)驅動。然而，ORR和OER在空氣陰極處反應遲緩，這大大的阻礙了它們的商業化應用。鉑、釕和銥等貴重儲量稀缺、成本高，功能單一，耐久性和穩定性差。因此，針對ORR和OER的高效可充電金屬-空氣電池迫切的需要具有高性能和穩定性的非貴金屬催化劑。從長遠的角度出發，非貴金屬催化劑的研發，將更進一步降低燃料電池成本，是其實現大規模商業化的終極解決方案。

對于非貴金屬，過渡金屬(Co、Fe、Ni等)摻雜的生物質炭材料表現很好的性能，引起了國內外研究者的廣泛的關注，Fe摻雜的生物質炭(Fe-C)在酸性下溶溶解導致催化劑的迅速衰減，電池短路失效，因此探索非鐵非鉑催化劑是研究的方向。Co和N摻雜的生物質炭成為研究重點，生物質炭是一種多功能的材料，高溫處理的生物質炭材料具有孔結構和大的比表面，有利于金屬Co的分散，組織了金屬Co的燒結，炭的表面有大的缺陷，這種缺陷有利于電催化性能提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈷氮共摻雜生物質炭鋅空電池催化劑制備方法，解決了現有技術中存在的生物質炭鋅空電池催化劑性能低的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種鈷氮共摻雜生物質炭鋅空電池催化劑制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、生物質炭制備；

步驟2、生物質炭浸漬硝酸鈷并冷凍干燥得鈷浸漬生物質炭；

步驟3、將鈷浸漬生物質炭進行熱處理得鈷氮共摻雜生物質炭。

本發明的特點還在于：

步驟1具體按照以下步驟實施：

步驟1.1、將干燥麥稈機械粉碎，將粉碎后的麥秸置于Na₂CO₃和NaCl的混合水溶液中得第一混合液；

步驟1.2、將第一混合液在60～80℃下攪拌2～4h，過濾得第一固體，將第一固體用去離子水清洗、干燥8～16h得第二固體；

步驟1.3、將第二固體在氮氣保護下升溫至300～500℃，炭化1～3h得生物質炭；

步驟1.1中混合溶液中Na₂CO₃和NaCl的質量分數分別為5～10wt％、5～10wt％，其余為水。

步驟1.1中麥秸和混合液中Na₂CO₃和NaCl總的質量比為1～4:1。

步驟2具體按照以下步驟實施：

步驟2.1、在攪拌下，按照硝酸鈷與生物質炭質量比為0.1～0.3:1的比例向生物質炭中加入硝酸鈷溶液，滴加完成后超聲8～16h得第二混合液；

步驟2.2、將第二混合液進行冷凍干燥12～24h得鈷浸漬生物質炭。