[发明专利]FeCo掺杂ZIF8自衍生的cnts@FeCo-NC双功能催化剂

说明书

本发明公开了一种FeCo掺杂ZIF8衍生的cnts@FeCo‑NC双功能催化剂，制备方法为：(1)预制前体的制备：将可溶性铁盐、可溶性钴盐、可溶性锌盐和2‑甲基咪唑溶于溶剂中，密封条件下于110℃～130℃下水热2～6小时；水热后，离心洗涤，真空干燥，得预制前体；(2)退火材料的制备：上述干燥后的预制前体，转移至瓷舟中，将瓷舟摆放在管式炉中，将管式炉抽真空，通入氮气，800℃～900℃下反应1.5～2.5小时，降温至280℃～320℃，随炉冷却至室温，即得FeCo掺杂ZIF8衍生的cnts@FeCo‑NC双功能催化剂。本发明的双功能催化剂，在OER和ORR反应上均拥有优异的性能，能完成催化反应，稳定性超过120h，可作为锌空电池的正极催化剂进行应用。

技术领域

本发明涉及一种FeCo掺杂ZIF8自衍生的cnts@FeCo-NC双功能催化剂，属于电池材料技术领域。

背景技术

目前，随着环保意识的逐渐提升，以及传统化石能源的逐渐耗尽，新能源技术的发展逐渐受到研究人员和政策制定人员的重视，包括燃料电池、新型离子电池、太阳能电池、金属空气电池等等，其中锌空电池由于理论能量密度高、锌金属地壳含量丰度高、阴极反应物为氧气等等一系列特点，受到的关注逐渐增加，但锌空电池需要的双功能催化剂[需要同时完成氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的催化]至今仍未完善。常用的单功能贵金属催化剂价格昂贵，且不能满足双功能(ORR和OER)的催化要求，所以开发有效的非贵金属(nonnobel metal)双功能催化剂成为当前亟待解决的问题。

有研究者发现，负载过渡金属的碳材料有助于双功能锌空电池的催化剂研究，例如Co负载的还原氧化石墨烯等等，但是在已有的碳材料上负载金属，往往面临微观尺度下金属分布不均匀的问题，这会导致性能下降以及稳定性的破坏。而且双功能催化剂在达到催化性能要求的情况下，往往面临长时间循环稳定性不足的问题，所以开发一种稳定性和性能都优秀的双功能锌空电池催化剂是目前面临的主要问题。而前体衍生碳材料，由于金属掺杂在退火之前，微观尺度下金属分布均匀，稳定性能得到保障，本发明就介绍了这样一种材料

发明内容

针对上述现有技术，本发明研究发现了一种金属有机框架材料(以下统一简称MOFs)自衍生的FeCo掺杂碳基催化剂——FeCo掺杂ZIF8衍生的cnts@FeCo-NC双功能催化剂，其在ORR和OER性能都媲美商用贵金属催化剂的同时，可以连续充放电循环超过120h，远远超过市面上常见的贵金属催化剂，制备简单且达到商用标准。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种FeCo掺杂ZIF8衍生的cnts@FeCo-NC双功能催化剂，是通过以下方法制备得到的：

(1)预制前体的制备：将可溶性铁盐、可溶性钴盐、可溶性锌盐和2-甲基咪唑溶于溶剂中，密封条件下于110℃～130℃下水热2～6小时；水热后，离心洗涤，真空干燥，得预制前体；

所述可溶性铁盐选自乙酰丙酮铁、硝酸铁；

所述可溶性钴盐选自乙酰丙酮钴，硝酸钴；

所述可溶性锌盐选自硝酸锌(六水)；

所述可溶性铁盐、可溶性钴盐、可溶性锌盐和2-甲基咪唑的摩尔比为0.1～0.4:0.1～0.4:3～5:13～18；优选0.3:0.1:4:16；

所述溶剂选自甲醇；

(2)退火材料的制备：上述干燥后的预制前体，转移至瓷舟中，均匀铺开，将瓷舟摆放在管式炉中，将管式炉抽真空，通入氮气，800℃～900℃下反应1.5～2.5小时，降温至280℃～320℃，随炉冷却至室温，即得FeCo掺杂ZIF8衍生的cnts@FeCo-NC双功能催化剂。