[发明专利]一种多孔碳包覆Fe掺杂CoP颗粒/碳纳米管析氧电催化复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多孔碳包覆Fe掺杂CoP颗粒/碳纳米管析氧电催化复合材料及其制备方法和应用，属于电催化析氧领域。该复合材料的制备步骤为：a、采用液相法在羧基化碳纳米管表面均匀生长ZnCo双金属沸石咪唑框架化合物，作为前驱体；b、以离子交换法在前驱体表面负载含Fe类普鲁士兰晶体，形成ZIFs@PBA/CNTs复合前驱体；c、经过在惰性气氛中高温退火处理，产生多孔碳包覆Fe掺杂金属Co颗粒/碳纳米管复合物；d、最终将复合物预氧化，再以次亚磷酸钠晶体为磷源，在石英管式炉中热处理反应获得多孔碳包覆Fe掺杂CoP颗粒/碳纳米管析氧电催化复合材料。该复合材料具有良好的导电性和电催化稳定性。

技术领域

本发明属于电催化析氧领域，具体涉及一种多孔碳包覆Fe掺杂CoP颗粒/碳纳米管析氧电催化复合材料及其制备方法。

背景技术

由于其在可持续能源技术（如二氧化碳减排、水分解和金属-空气电池等）中的关键作用，析氧反应（OER）在过去的几十年里受到了研究者的广泛关注。但是，电催化OER所经历的复杂多电子/质子转化步骤（2H₂O→O₂ + 4H⁺ + 4e^–）导致其动力学缓慢，且需要较高的过电位；而具有优越OER催化性能的贵金属基（IrO₂或RuO₂）材料，其昂贵的价格和不稳定性严重妨碍了其大规模实际应用。因此，通过制备价格低廉的非贵金属基材料，发展高活性析氧电催化剂成为当务之急。

由于磷化钴（CoP）的理论活性高、成本低，近年来成为能源领域的研究热点。然而，在碱性电解质和高过电位下，块状体相CoP的OER活性并不高且不够稳定，主要原因在于：(1)其的活性位点集中在块状结构的边缘位置，容易堆垛，暴露的活性位点太少；(2)自身的导电性较差；(3)耐腐蚀性差，在碱性介质中不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔碳包覆Fe掺杂CoP颗粒/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明提供的一种多孔碳包覆Fe掺杂CoP颗粒/碳纳米管复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1) 将12 mL含有0.366 g Zn(NO₃)₂·6H₂O（六水合硝酸锌）和Co(NO₃)₂·6H₂O（六水合硝酸钴）混合金属盐的甲醇溶液倒入20 mL含有0.811 g 2-甲基咪唑的甲醇溶液中，搅拌10 s后再加入8 mL含有PVP（聚乙烯吡咯烷酮）和羧基化碳纳米管的甲醇/水混合液（甲醇体积/水体积=4:1），继续搅拌3 h，得到的沉淀用甲醇离心清洗并干燥，即得到沸石咪唑框架化合物/碳纳米管（即ZIFs/CNTs）粉末；

(2) 称取40 mg ZIFs/CNTs粉末搅拌分散在36 mL乙醇中，逐滴加入4 mL K₃[Fe(CN)₆]（铁氰化钾）水溶液，搅拌2 h，得到的沉淀用水和乙醇离心清洗并干燥，即得到沸石咪唑框架化合物@类普鲁士蓝/碳纳米管（即ZIFs@PBA/CNTs）粉末；

(3) 称取120 mg ZIFs@PBA/CNTs粉末，置于管式炉中，保持高纯Ar（氩）气氛，设定温度程序进行高温热处理，即得到多孔碳包覆Fe掺杂Co颗粒/碳纳米管（即Fe-Co@PNC/CNTs）粉末；