[發明專利]一種具有過渡金屬化合物/中空碳球復合結構的催化劑、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202011030908.9
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112151814A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 蔣童童;劉洳蘅;吳明在
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

1.一種具有過渡金屬化合物/中空碳球復合結構的催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)首先二氧化硅分散在180mL乙醇中，將乙酰丙酮鈷、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮鎳、Fe(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂中的一種金屬化合物與鹽酸多巴胺溶于180mL去離子水中，然后將混合液加入SiO₂和乙醇混合物中，加入18mL氨水，在室溫下攪拌均勻后，獲得過渡金屬和碳骨架結構的前驅體，用去離子水洗滌多次烘干制得粉末，所述二氧化硅0.5～5g，金屬化合物0.1～0.3g，鹽酸多巴胺1～3g；

(2)所述步驟(1)中制得的粉末位于下游，摻雜物位于上游，粉末和摻雜物的重量比1:1，通過磁鐵控制加入前驅體，在850～950℃下在N₂氣氛下熱退火1.5～2.5h，加入1M的NaOH或KOH刻蝕去除產物中SiO₂硬模板；

(3)將步驟(2)獲得的溶液過濾、冷凍干燥，再將產物在Ar與H₂混合氣體下煅燒1.5～2.5h制得具有過渡金屬化合物/中空碳球復合結構的催化劑。

2.根據權利要求1所述的一種具有過渡金屬化合物/中空碳球復合結構的催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，退火處理的加熱速率為5℃/min。

3.根據權利要求1所述的一種具有過渡金屬化合物/中空碳球復合結構的催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，將粉末放在在管式爐的下游，摻雜物放在管式爐的上游外側的石英舟里，爐子加熱到300℃后保持2h，期間通過磁鐵將硫源送入到管式爐，然后在N₂氣氛下熱退火。

4.根據權利要求1所述的一種具有過渡金屬化合物/中空碳球復合結構的催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的摻雜物選自尿素、硫粉和硫脲中的任一種。

5.一種如權利要求1～4所述的制備方法制得的催化劑。

6.一種使用權利要求5的催化劑在制備平面叉指型鋅空氣電池中的應用。

7.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，包括以下步驟：

(71)使用模具和激光切割儀分別將碳布和鋅箔裁剪成叉指型；

(72)將8mg獲得的催化劑、1mL水和異丙醇的混合物以及60μL Nafion溶液混合，通過超聲溶解均勻，其中水和異丙醇的體積比為4:1；

(73)將混合液涂在碳布上，催化劑負載量為1mg/cm²；

(74)將器件組裝成平面叉指電極，涂覆上固態電解液，并用硅膠進行封裝，即可獲得具有光響應的平面叉指型鋅空氣電池。