[發(fā)明專利]一種無(wú)定型氮摻雜鈷鐵磷酸鹽微片的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011456802.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN113451593B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋俊玲;潘冬生;郭正瀚;周伶俐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/90
• 分類號(hào): H01M4/90;H01M12/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發(fā)明公開了一種無(wú)定型氮摻雜鈷鐵磷酸鹽微片的制備方法及應(yīng)用，屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域。將鈷源、鐵源、磷源和水混合，混合攪拌均勻后形成初始混合溶液，然后轉(zhuǎn)移至高壓釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)后將得到的材料在200～600℃處理時(shí)間為1～4h即可得到無(wú)定型氮摻雜鈷鐵磷酸鹽微片催化材料。本發(fā)明采用水熱法，其制備方法具有簡(jiǎn)單、環(huán)保、易操作、成本低廉，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程不需要特殊設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，利于工業(yè)化生產(chǎn)，最終得到的產(chǎn)物產(chǎn)率較高，純度和質(zhì)量較好。本發(fā)明材料可實(shí)現(xiàn)電催化中析氧反應(yīng)、氧還原反應(yīng)的雙功能性和鋅空電池性能等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)催化劑的制備，特別涉及一種無(wú)定型氮摻雜鈷鐵磷酸鹽微片的制備方法及應(yīng)用，屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著全球能源短缺和相應(yīng)的氣候變化問(wèn)題的日益嚴(yán)重，尋求可替代的綠色能源已迫在眉睫。電化學(xué)氧還原反應(yīng)(ORR)和氧釋放反應(yīng)(OER)是可充電金屬-空氣電池和可再生燃料電池的空氣陰極上的兩個(gè)關(guān)鍵的半反應(yīng)。然而，ORR和OER的自然動(dòng)力學(xué)都較慢，并且其反電極反應(yīng)也更耗能。迄今為止，在兩個(gè)反應(yīng)中加快反應(yīng)遲緩的4e^-轉(zhuǎn)移過(guò)程最廣為人知的催化劑是貴金屬基金屬或金屬氧化物，例如ORR的Pt/C和OER的IrO₂。但是，它們的高昂成本和不可持續(xù)的供應(yīng)妨礙了大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用，所以必須需要有效的電催化劑來(lái)降低過(guò)電位并加速催化速率。

具有豐富的活性位點(diǎn)、快速的電子/質(zhì)量轉(zhuǎn)移路徑和獨(dú)特的電子性能的二維(2D)材料因其在能源和環(huán)境領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注。特別是基于2D過(guò)渡金屬的材料廣泛用于電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)反應(yīng)。例如，它們可以通過(guò)典型的反應(yīng)，通過(guò)堿性電解質(zhì)中的O₂-H₂O反應(yīng)，在水電解和可充電金屬-空氣電池中提供可再生的無(wú)碳能源和高能量密度，然而，氫基燃料電池和金屬空氣電池由于低效的OER和ORR而受到阻礙，因?yàn)镺ER中的ORR或O-H鍵具有很強(qiáng)的雙氧鍵。

因此，開發(fā)用于ORR和OER的雙功能過(guò)渡金屬基催化劑，以滿足對(duì)這些能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求是必不可少的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了合成高產(chǎn)量、低成本、高活性的無(wú)定型氮摻雜鈷鐵磷酸鹽微片催化材料從而解決現(xiàn)有催化劑存在的成本高、起始電位大、過(guò)電位高、功率密度低等問(wèn)題。為此，本發(fā)明通過(guò)原位氮策略成功地獲得了無(wú)定型的N摻雜介孔鈷鐵基磷酸鹽，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可能有利于傳質(zhì)和離子擴(kuò)散，通過(guò)這種簡(jiǎn)單，環(huán)保的方法，過(guò)渡金屬中心的配位構(gòu)型明顯提高了電催化劑的電催化性能。

具體的，本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種無(wú)定型氮摻雜鈷鐵磷酸鹽微片催化材料的制備方法，所述方法包括，將鈷源、鐵源、磷源和水混合，混合攪拌均勻后形成初始混合溶液，然后轉(zhuǎn)移至高壓釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)后將得到的材料在200～600℃處理時(shí)間為1～4h即可得到無(wú)定型氮摻雜鈷鐵磷酸鹽微片催化材料。

優(yōu)選地，所述初始混合溶液中，鈷源、鐵源、磷源和水的質(zhì)量比為1～4：0.2～0.8：2～6：50。

優(yōu)選地，所述水熱反應(yīng)的溫度為160～220℃，反應(yīng)時(shí)間8～20h。

優(yōu)選地，所選鈷源任選硝酸鈷、乙酸鈷、二氟化鈷、氯化鈷、溴化鈷中的至少一種。

優(yōu)選地，所述磷源任選磷酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、次亞磷酸、亞磷酸、磷酸中的至少一種。

優(yōu)選地，所述鐵源任選硝酸鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、溴化鐵中的至少一種。

優(yōu)選的，所述高壓釜為內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼自壓釜。

優(yōu)選地，水熱反應(yīng)后，還包括自然冷卻、洗滌、固液分離、干燥。

優(yōu)選的，所述洗滌為用水和乙醇洗滌產(chǎn)物至少3次，所述干燥的溫度為50～80℃。