[发明专利]一种定向多孔单原子碳膜电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种定向多孔单原子碳膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将氧化多壁碳纳米管、钴盐溶解于溶剂中，得到前驱体溶液；

(2)将前驱体溶液进行水热自组装，得到水凝胶；

(3)将水凝胶切成膜，然后进行单向冷冻，得到定向多孔水凝胶膜；

(4)将定向多孔水凝胶膜进行冷冻干燥，得到定向多孔气凝胶膜；

(5)将定向多孔气凝胶膜碳化，即得Co-N-C修饰的定向多孔单原子碳膜电极；

步骤(3)中，单向冷冻具体是指：将水凝胶膜平铺放置在提前在液氮里冷冻的铜块上，通过液氮对水凝胶膜进行单向冷冻，得到定向多孔水凝胶膜。

2.根据权利要求1所述的定向多孔单原子碳膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，钴盐为水溶性钴盐，氧化多壁碳纳米管和钴盐的质量比为(45～540)：1。

3.根据权利要求1所述的定向多孔单原子碳膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溶剂为冰点低于水的溶剂与去离子水的混合溶剂。

4.根据权利要求1所述的定向多孔单原子碳膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，将前驱体溶液进行水热自组装具体是指：将前驱体溶液在120℃～180℃下水热反应6h～18h，使前驱体溶液自组装形成水凝胶。

5.根据权利要求1所述的定向多孔单原子碳膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，冷冻干燥的温度为-50℃～60℃。

6.根据权利要求1所述的定向多孔单原子碳膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，碳化具体是指：将定向多孔气凝胶膜在600℃～900℃温度下、氩气氨气混合气氛下碳化0.5h～2h。

7.根据权利要求1所述的定向多孔单原子碳膜电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化多壁碳纳米管由多壁碳纳米管在强酸条件下经氧化得到。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制备得到的定向多孔单原子碳膜电极，其特征在于，所述定向多孔单原子碳膜电极具有定向多孔结构，具有Co-N-C活性位点，所述定向多孔单原子碳膜电极表面具有超亲水性和水下超疏气性。

9.一种如权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制备得到的定向多孔单原子碳膜电极的应用，其特征在于，将所述定向多孔单原子碳膜电极作为工作电极用于涉气反应。