[发明专利]双元CoFe合金负载g-C3

说明书

本发明提供了一种双元CoFe合金负载g‑C₃N₄催化剂及其制备方法，包括以下步骤：合成片状二维多孔g‑C₃N₄，并分散在去离子水中；将锌盐、钴盐、铁盐分别分散在去离子水中；将2‑甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮分散在去离子水中；将步骤S1、步骤S2、步骤S3的溶液混合，经过水浴反应和室温搅拌后，离心，真空干燥后得到CoFe@g‑C₃N₄；将得到的CoFe@g‑C₃N₄置于管式炉中煅烧得到g‑C₃N₄负载的Co/CoFe‑NC@g‑C₃N₄材料。采用本发明的技术方案得到Co/CoFe‑NC@g‑C₃N₄材料，与商业Pt/C和RuO₂相比具有很好的催化活性、稳定性和耐久性；制备工艺简单可控。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，尤其涉及一种双元CoFe合金负载g-C₃N₄催化剂及其制备方法。

背景技术

日益严重的能源危机对环保、安全、可靠的高能量密度的新能源转换系统提出了很高的要求。目前颇具前景的能源系统包括金属空气电池（MAB）、燃料电池和金属离子电池。其中，锌空气电池作为燃料电池的一种，因为具有较高的理论能量密度和较高的地球储量备受关注。锌空气电池(ZAB)技术的关键是研究用于阴极氧还原反应(ORR)和阳极氧析出反应(OER)的高效稳定的电催化剂。

目前应用在ZAB上ORR和OER上的商用催化剂分别是基于贵金属的Pt/C和IrO₂/RuO₂催化剂，但由于成本和稳定性等问题，使得它们的大规模应用受到限制。因此，开发低成本，高活性的双功能电催化剂对未来燃料电池的技术发展具有重要意义。

各种含碳载体的非贵金属基催化剂被研发用于ORR和OER。结果表明，非金属元素（N、S、O和P等）掺杂碳或过渡金属（Co、Fe、Ni和Zn等）基催化剂均具有较好的催化活性，归因于其杂原子掺杂和改性电子结构。在所有催化剂中，钴基催化剂引起了广泛关注。以碳质载体上的金属Co、Co-M合金和Co-Nx形式的出现的Co都被确认具有ORR和OER的活性位点。事实上，它们可以有效地调节含碳载体的电子结构并降低中间体的吸附能，从而降低ORR和OER的过电势。另外，基于二元或三元成分的催化剂，金属元素之间的电子协同效应可以进一步改善电催化性能。但是，目前对于CoFe催化剂的合成都是通过高能耗途径，且难以同时实现金属颗粒的小型化，也难以抑制其迁移和聚集。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种双元CoFe合金负载g- C₃N₄催化剂及其制备方法，具有氧还原和氧析出高效双功能作用，并可以避免纳米金属颗粒团聚。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种双元CoFe合金负载g- C₃N₄催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，合成片状二维多孔g- C₃N₄，并分散在去离子水中；

步骤S2，将锌盐、钴盐、铁盐分别分散在去离子水中；

步骤S3，将2-甲基咪唑和聚乙烯吡咯烷酮分散在去离子水中；

步骤S4，将步骤S1、步骤S2、步骤S3的溶液混合，经过水浴反应和室温搅拌后，离心，真空干燥后得到CoFe@g-C₃N₄；