[發明專利]一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011279626.2
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112397733B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 王蕾;張旭;宋玉宇;張欣欣
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

1.一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法，其特征在于所述制備方法是按下述步驟進行的：

步驟一、將殼層碳源聚合物溶解于有機溶劑中，然后加入有機鈷鹽，攪拌至完全溶解，得到殼層溶液；

步驟二、將核層碳源聚合物溶解于有機溶劑中，然后加入無機鐵鹽，攪拌至完全溶解，得到核層溶液；

步驟三、將步驟一獲得的殼層溶液和步驟二獲得的核層溶液分別注入同軸靜電紡絲裝置的兩個溶液通道，調節同軸靜電紡絲參數進行靜電紡絲，得到納米纖維前驅體；

步驟四、將步驟三獲得的納米纖維前驅體加到配合物溶液中，發生配位反應，之后經過真空干燥，在空氣氣氛下預氧化，再在氮氣和氬氣混合氣氛或氨氣和氬氣混合氣氛下熱處理，得到鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜；

其中，步驟一中殼層碳源聚合物為聚丙烯腈或聚偏氟乙烯；步驟二中核層碳源聚合物為聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸甲酯；步驟四中配合物溶液是由有機配體和醇類溶劑配置而成的；有機配體為二甲基咪唑或乙二胺四乙酸，醇類溶劑為無水甲醇或無水乙醇。

2.根據權利要求1所述的一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法，其特征在于步驟一中殼層碳源聚合物與有機溶劑的質量比為1:(5～50)，無機鈷鹽與殼層碳源聚合物的質量比為1:(2～30)；步驟二中核層碳源聚合物與有機溶劑的質量比為1:(5～50)，無機鐵鹽與核層碳源聚合物的質量比為1:(5～25)，步驟一的殼層碳源聚合物與步驟二核層碳源聚合物的摩爾比為1:(1～10)。

3.根據權利要求1所述的一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法，其特征在于步驟一使用的有機溶劑和步驟二使用的有機溶劑相同，均為N,N-二甲基甲酰胺或四氫呋喃。

4.根據權利要求1所述的一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法，其特征在于步驟三所述的靜電紡絲的條件為：正負極電壓差為12kV～30kV，接收距離為10cm～18cm，核層溶液的噴速為0.002mL·min^-1～0.008mL·min^-1，殼層溶液和核層溶液的噴速比為(1～8):1。

5.根據權利要求1所述的一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中，有機配體與醇類溶劑的質量比為1:(5～25)；鈷元素和鐵元素的總摩爾與配合物的摩爾比為(1～8):1。

6.根據權利要求1所述的一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中，在60℃～80℃的條件下真空干燥10h～14h。

7.根據權利要求1所述的一種鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑的制備方法，其特征在于步驟四中，預氧化的溫度為250℃～300℃，預氧化時間為1～2h；步驟四熱處理的溫度700℃～1000℃，熱處理的時間為1h～4h；步驟四中氮氣和氬氣的混合氣中氮氣的體積百分比為90％～95％，氨氣和氬氣的混合氣中氨氣的體積百分比為85％～95％。

8.如權利要求1至7任一項所述制備方法制備得到的鐵鈷負載氮摻雜碳纖維自支撐膜催化劑在鋅空電池的陰極電極材料中的應用。