[發明專利]單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110471326.2
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113299926B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 楊洲;馮思慧;繆雨杭;陳含冰
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 王巍巍

1.一種單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

一、氮摻雜石墨烯的制備：

（1）將氧化石墨烯和氮源超聲分散于溶劑中，得到分散液；

（2）將所述分散液烘干，得到混合物；

（3）在惰性氣體保護下，將所述混合物高溫煅燒，得到氮摻雜石墨烯；

二、鑭負載氮摻雜石墨烯的制備：

（1）將所述氮摻雜石墨烯超聲分散于去離子水中，得到氮摻雜石墨烯的懸浮液；

（2）將鑭源溶解，得到含金屬鑭的水溶液；

（3）將所述金屬鑭的水溶液滴加至所述氮摻雜石墨烯的懸浮液中并攪拌，然后加熱反應，反應后在惰性氣體保護下高溫煅燒，得到單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料；

步驟一、氮摻雜石墨烯的制備：（1）中所述氧化石墨烯與所述氮源的質量比為1：（1-2）；所述超聲分散的溫度為20-30℃，超聲功率為800-1000W，超聲時間為0.5-2小時；所述氧化石墨烯與所述溶劑的質量體積比為0.01-0.1g/mL；

步驟一、氮摻雜石墨烯的制備：（3）中所述煅燒的溫度為600-700℃，煅燒1-2小時；

步驟二、鑭負載氮摻雜石墨烯的制備：（1）所述超聲分散的溫度為20-30℃，超聲功率為800-1000W，超聲時間為10-30分鐘；

步驟二、鑭負載氮摻雜石墨烯的制備：（3）中所述鑭源與所述氮摻雜石墨烯的質量比為1：（10-50）；所述攪拌的速度為1500-2000rpm；所述加熱的溫度為50-60℃，反應時間為4-6小時；所述煅燒的溫度為700-800℃，煅燒1-3小時；

所述單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的應用，將上述制備方法制得的材料用于氧還原反應或組裝成金屬-空氣電池用于能源存儲和轉化領域。

2.根據權利要求1所述的一種單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的制備方法，其特征在于，步驟一、氮摻雜石墨烯的制備：（1）中所述的氮源為三聚氰胺；所述溶劑為去離子水。

3.根據權利要求1所述的一種單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的制備方法，其特征在于，步驟一、氮摻雜石墨烯的制備：（2）中所述烘干的溫度為50-70℃。

4.根據權利要求1所述的一種單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的制備方法，其特征在于，步驟二、鑭負載氮摻雜石墨烯的制備：（2）中所述的鑭源為硝酸鑭。

5.根據權利要求1所述的一種單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的制備方法，其特征在于，所述單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料的應用，包括如下步驟：

（1）配制Nafion樹脂：水：異丙醇為1:2:7的混合溶液，將所述單原子鑭負載氮摻雜石墨烯二維材料超聲分散于此混合溶液中，得到涂覆漿料；

（2）將所述涂覆漿料涂覆于玻碳電極上，然后自然干燥，即得到電催化材料，將所述電催化材料用于氧還原反應或鋅-空氣電池的正極材料。