[發(fā)明專利]一種多孔碳包覆Fe摻雜CoP顆粒/碳納米管析氧電催化復合材料及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113903929B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設計）人: 郭滿滿;袁宇希;俞挺;袁彩雷
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南昌華成聯(lián)合知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

本發(fā)明涉及一種多孔碳包覆Fe摻雜CoP顆粒/碳納米管析氧電催化復合材料及其制備方法和應用，屬于電催化析氧領域。該復合材料的制備步驟為：a、采用液相法在羧基化碳納米管表面均勻生長ZnCo雙金屬沸石咪唑框架化合物，作為前驅(qū)體；b、以離子交換法在前驅(qū)體表面負載含F(xiàn)e類普魯士蘭晶體，形成ZIFs@PBA/CNTs復合前驅(qū)體；c、經(jīng)過在惰性氣氛中高溫退火處理，產(chǎn)生多孔碳包覆Fe摻雜金屬Co顆粒/碳納米管復合物；d、最終將復合物預氧化，再以次亞磷酸鈉晶體為磷源，在石英管式爐中熱處理反應獲得多孔碳包覆Fe摻雜CoP顆粒/碳納米管析氧電催化復合材料。該復合材料具有良好的導電性和電催化穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于電催化析氧領域，具體涉及一種多孔碳包覆Fe摻雜CoP顆粒/碳納米管析氧電催化復合材料及其制備方法。

背景技術

由于其在可持續(xù)能源技術（如二氧化碳減排、水分解和金屬-空氣電池等）中的關鍵作用，析氧反應（OER）在過去的幾十年里受到了研究者的廣泛關注。但是，電催化OER所經(jīng)歷的復雜多電子/質(zhì)子轉(zhuǎn)化步驟（2H₂O→O₂ + 4H⁺ + 4e^–）導致其動力學緩慢，且需要較高的過電位；而具有優(yōu)越OER催化性能的貴金屬基（IrO₂或RuO₂）材料，其昂貴的價格和不穩(wěn)定性嚴重妨礙了其大規(guī)模實際應用。因此，通過制備價格低廉的非貴金屬基材料，發(fā)展高活性析氧電催化劑成為當務之急。

由于磷化鈷（CoP）的理論活性高、成本低，近年來成為能源領域的研究熱點。然而，在堿性電解質(zhì)和高過電位下，塊狀體相CoP的OER活性并不高且不夠穩(wěn)定，主要原因在于：(1)其的活性位點集中在塊狀結(jié)構(gòu)的邊緣位置，容易堆垛，暴露的活性位點太少；(2)自身的導電性較差；(3)耐腐蝕性差，在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔碳包覆Fe摻雜CoP顆粒/碳納米管復合材料及其制備方法和應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案。

本發(fā)明提供的一種多孔碳包覆Fe摻雜CoP顆粒/碳納米管復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：

(1) 將12 mL含有0.366 g Zn(NO₃)₂·6H₂O（六水合硝酸鋅）和Co(NO₃)₂·6H₂O（六水合硝酸鈷）混合金屬鹽的甲醇溶液倒入20 mL含有0.811 g 2-甲基咪唑的甲醇溶液中，攪拌10 s后再加入8 mL含有PVP（聚乙烯吡咯烷酮）和羧基化碳納米管的甲醇/水混合液（甲醇體積/水體積=4:1），繼續(xù)攪拌3 h，得到的沉淀用甲醇離心清洗并干燥，即得到沸石咪唑框架化合物/碳納米管（即ZIFs/CNTs）粉末；

(2) 稱取40 mg ZIFs/CNTs粉末攪拌分散在36 mL乙醇中，逐滴加入4 mL K₃[Fe(CN)₆]（鐵氰化鉀）水溶液，攪拌2 h，得到的沉淀用水和乙醇離心清洗并干燥，即得到沸石咪唑框架化合物@類普魯士藍/碳納米管（即ZIFs@PBA/CNTs）粉末；

(3) 稱取120 mg ZIFs@PBA/CNTs粉末，置于管式爐中，保持高純Ar（氬）氣氛，設定溫度程序進行高溫熱處理，即得到多孔碳包覆Fe摻雜Co顆粒/碳納米管（即Fe-Co@PNC/CNTs）粉末；