[发明专利]碳氮基铁材料的锌空气电池催化剂制备方法

权利要求书

1.一种包含碳氮基铁材料催化剂的锌空气电池的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1，合成聚吡咯-铁（PPy-Fe）配合物；

步骤2，合成双金属沸石咪唑框架（BMZIF）纳米晶体；

步骤3，利用所述聚吡咯-铁（PPy-Fe）配合物及所述双金属沸石咪唑框架（BMZIF）纳米晶体合成双金属沸石咪唑框架（BMZIF）与碳氮基铁材料（Fe/N/C）构架结合形成的Fe/N/C@BMZIF复合材料；

步骤4，将作为催化剂的Fe/N/C@BMZIF复合材料、乙炔黑溶解于乙醇和 Nafion的溶液中，超声处理得到均匀分散的浆料；

所述锌空气电池由金属锌电极、膜分离器和空气电极组成，其中封装有电解液；

其中，空气电极包括集电器、气体扩散层和活性催化剂层；

所述集电器为导电金属网，所述气体扩散层为多孔碳材料和聚四氟乙烯的混合物；表面活性层覆盖在集电器表面并与电解质接触，而气体扩散层位于背面且正对着开放的空气，集电器位于活性催化剂层和气体扩散层的中间，形成夹层结构；其中，锌空气电池的负极采用抛光过的锌片，将负极和正极装置于带有空气孔的锌空气电池内；锌空气电池的电解液主要是离子液体，由于其不可燃性、低挥发性、较高的化学稳定性和热稳定性，以及固有的离子导电性，作为含水电解质的替代品；离子液体还支持锌的可逆沉积和溶解，从而减轻锌枝晶的形成；并向电解液中加入醋酸锌和氯化锌；

空气电极的润湿性使用疏水性有机聚合物颗粒PTFE，具有防水性能和化学稳定性；通过调整CNT阵列的润湿性来改进锌空气电池的双功能电催化剂的制备工艺。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

其中，合成聚吡咯-铁（PPy-Fe）配合物具体包括，将吡咯分散于去离子水中，加入氯化亚铁，随后逐滴加入过量的过氧化氢，反应持续直至溶液变成透明的澄清黄色；将所述溶液置于真空干燥箱中干燥，得到备用的聚吡咯-铁配合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

其中，合成双金属沸石咪唑框架（BMZIF）纳米晶体具体包括，将硝酸锌和硝酸钴混合物、2-甲基咪唑分别溶于甲醇中搅拌0.5小时；将两种溶液混合并均匀搅拌20小时，用离心机对混合物进行分离，置于真空烘箱中干燥24小时，接着在氩气的保护下将分离及干燥处理后的混合物于900摄氏度下碳化2小时，冷却至室温，生成双金属沸石咪唑框架（BMZIF）纳米晶体。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

其中，硝酸锌和硝酸钴混合物的Zn²⁺/Co²⁺摩尔比为20。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

其中，利用所述聚吡咯-铁（PPy-Fe）配合物及所述双金属沸石咪唑框架（BMZIF）纳米晶体合成双金属沸石咪唑框架（BMZIF）与碳氮基铁材料（Fe/N/C）构架结合形成的Fe/N/C@BMZIF复合材料具体包括，将准备好的聚吡咯-铁配合物和双金属沸石咪唑框架(BMZIF）纳米晶体粉末分别溶解于去离子水中进行超声处理0.5小时，将生成的两种悬浊液于烧瓶中混合并均匀搅拌12小时，在100摄氏度的条件下烘干后，在氩保护气的环境下将混合物于900摄氏度下碳化2小时，冷却至室温，生成的Fe/N/C@BMZIF复合材料为锌空气电池的催化剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

其中，将12.5 mg作为催化剂的Fe/N/C@BMZIF复合材料、3.125 mg乙炔黑溶解于含700μL乙醇和190 μL Nafion的溶液中，超声处理1小时得到均匀分散的浆料。