[发明专利]一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法和应用

权利要求书

1.一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、将壳层碳源聚合物溶解于有机溶剂中，然后加入有机钴盐，搅拌至完全溶解，得到壳层溶液；

步骤二、将核层碳源聚合物溶解于有机溶剂中，然后加入无机铁盐，搅拌至完全溶解，得到核层溶液；

步骤三、将步骤一获得的壳层溶液和步骤二获得的核层溶液分别注入同轴静电纺丝装置的两个溶液通道，调节同轴静电纺丝参数进行静电纺丝，得到纳米纤维前驱体；

步骤四、将步骤三获得的纳米纤维前驱体加到配合物溶液中，发生配位反应，之后经过真空干燥，在空气气氛下预氧化，再在氮气和氩气混合气氛或氨气和氩气混合气氛下热处理，得到铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜；

其中，步骤一中壳层碳源聚合物为聚丙烯腈或聚偏氟乙烯；步骤二中核层碳源聚合物为聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸甲酯；步骤四中配合物溶液是由有机配体和醇类溶剂配置而成的；有机配体为二甲基咪唑或乙二胺四乙酸，醇类溶剂为无水甲醇或无水乙醇。

2.根据权利要求1所述的一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中壳层碳源聚合物与有机溶剂的质量比为1:(5～50)，无机钴盐与壳层碳源聚合物的质量比为1:(2～30)；步骤二中核层碳源聚合物与有机溶剂的质量比为1:(5～50)，无机铁盐与核层碳源聚合物的质量比为1:(5～25)，步骤一的壳层碳源聚合物与步骤二核层碳源聚合物的摩尔比为1:(1～10)。

3.根据权利要求1所述的一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法，其特征在于步骤一使用的有机溶剂和步骤二使用的有机溶剂相同，均为N,N-二甲基甲酰胺或四氢呋喃。

4.根据权利要求1所述的一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法，其特征在于步骤三所述的静电纺丝的条件为：正负极电压差为12kV～30kV，接收距离为10cm～18cm，核层溶液的喷速为0.002mL·min^-1～0.008mL·min^-1，壳层溶液和核层溶液的喷速比为(1～8):1。

5.根据权利要求1所述的一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法，其特征在于步骤四中，有机配体与醇类溶剂的质量比为1:(5～25)；钴元素和铁元素的总摩尔与配合物的摩尔比为(1～8):1。

6.根据权利要求1所述的一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法，其特征在于步骤四中，在60℃～80℃的条件下真空干燥10h～14h。

7.根据权利要求1所述的一种铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂的制备方法，其特征在于步骤四中，预氧化的温度为250℃～300℃，预氧化时间为1～2h；步骤四热处理的温度700℃～1000℃，热处理的时间为1h～4h；步骤四中氮气和氩气的混合气中氮气的体积百分比为90％～95％，氨气和氩气的混合气中氨气的体积百分比为85％～95％。

8.如权利要求1至7任一项所述制备方法制备得到的铁钴负载氮掺杂碳纤维自支撑膜催化剂在锌空电池的阴极电极材料中的应用。