[發(fā)明專利]S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子及其制備方法和用途有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010434567.5 | 申請日： | 2020-05-21 |
| 公開（公告）號： | CN111575836B | 公開（公告）日： | 2022-05-31 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 徐林;周其興;艾麗;李琦萱;唐亞文;孫冬梅 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京師范大學(xué) |
| 主分類號： | D01F9/21 | 分類號： | D01F9/21;D01F1/10;D01D5/00;H01M4/90 |
| 代理公司： | 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204 | 代理人： | 柏尚春 |
| 地址： | 210046 *** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 摻雜 表面 褶皺 碳纖維 負(fù)載 co mno 納米 粒子 及其 制備 方法 用途 | ||
本發(fā)明提供了一種S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明將聚乙烯吡咯烷酮加入到DMF和乙醇的混合溶劑中，溶解后，加入硝酸鈷、乙酸錳和硫脲(N2H4CS)，混勻后，通過靜電紡絲得到聚合物纖維；將所述聚合物纖維進(jìn)行低溫預(yù)氧化，得到前驅(qū)體；將所述前驅(qū)體進(jìn)行高溫煅燒，得到所述S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子。本發(fā)明所制備的S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子催化劑具備相近的氧還原電催化性能和更好的穩(wěn)定性，是一種極有潛力的鋅空電池催化劑，在未來的能源行業(yè)應(yīng)用前景廣闊。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子及其制備方法和用途，屬于鋅空電池催化劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
金屬空氣電池因其能量密度高、環(huán)境友好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代便攜設(shè)備的一個(gè)有潛力的替代品。目前，金屬空氣電池在廣泛應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)仍然是能量轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差。這些挑戰(zhàn)主要是由于氧還原反應(yīng)(ORR)和氧析出反應(yīng)(OER)緩慢的多電子轉(zhuǎn)移過程造成的。盡管貴金屬電催化劑(Pt、Ru、Ir及其合金)被認(rèn)為是最好的氧電催化劑，但其較差的雙功能催化特性、儲量少、成本高、穩(wěn)定性差阻礙了其大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。為此，科研工作者開發(fā)了多種具高活性且穩(wěn)定性優(yōu)越的過渡金屬基催化劑，例如過渡金屬氧化物、硫族化合物及摻雜金屬或雜原子的碳材料。目前的氧催化劑雖然取得了很大的進(jìn)展，但仍存在活性和穩(wěn)定性不足、傳質(zhì)性能差等問題。從長遠(yuǎn)來看，降低貴金屬催化劑的用量以及開發(fā)其他更為低廉的催化劑對金屬空氣電池的商業(yè)化來說十分重要。
Pt/C作為ORR的常規(guī)商業(yè)化催化劑所使用的載體多為活性炭，在催化過程中，極易發(fā)生載體腐蝕而性能降低。此外，Pt極易在催化過程中發(fā)生溶解和團(tuán)聚，最終導(dǎo)致電催化性能和穩(wěn)定性的快速衰減。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子及其制備方法，以及該方法制得的催化劑在陰極氧還原電催化方面的應(yīng)用。本發(fā)明通過在空氣中低溫預(yù)氧化和在惰性氣體中高溫炭化聚合物纖維，制備得到超細(xì)Co和MnO納米粒子分散均勻的嵌入S摻雜表面褶皺的碳纖維中，既提高催化劑中Co和MnO的催化活性也有效地提升了催化劑的穩(wěn)定性。
技術(shù)方案：為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子的制備方法，包括以下步驟：
將聚乙烯吡咯烷酮溶解后，加入硝酸鈷、乙酸錳和N2H4CS，混勻后，通過靜電紡絲得到聚合物纖維；
將所述聚合物纖維進(jìn)行低溫預(yù)氧化，得到前驅(qū)體；
將所述前驅(qū)體進(jìn)行高溫煅燒，得到所述S摻雜表面褶皺碳纖維負(fù)載Co和MnO納米粒子。
作為優(yōu)選：
將聚乙烯吡咯烷酮溶解溶液在DMF和乙醇的混合溶劑中，其中DMF和乙醇的比例為(0.1～99):1。
所述的硝酸鈷/乙酸錳和/N2H4CS三者在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)獨(dú)立地選自0.1～5％。
所述靜電紡絲儀的工作電壓為15-25kV，固化距離為14-16cm，靜電紡絲液的推注速率為1.0-1.5mL·h-1。
所述低溫預(yù)氧化，是將所述聚合物纖維在空氣氛中以1～5℃·min-1的速率升溫至200～300℃，保溫3～5h。
所述高溫煅燒，是將所述前驅(qū)體在惰性氣氛下從室溫以2.5～20℃·min-1的速率升溫至500-800℃，煅燒0.5～10h，冷卻至室溫。
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于南京師范大學(xué)，未經(jīng)南京師范大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202010434567.5/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
