[发明专利]一种均匀负载小尺寸催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料，其特征在于：所述硫正极宿主材料包括自支撑纺丝碳纳米纤维，以及均匀分布于自支撑纺丝碳纳米纤维的负载镍的氮掺杂碳量子点；所述负载镍的氮掺杂碳量子点中，镍与氮掺杂碳量子点之间存在Ni-N键。

2.根据权利要求1所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料，其特征在于：所述负载镍的氮掺杂碳量子点与自支撑纺丝碳纳米纤维的质量比为0.1-1:1.2。

3.根据权利要求1所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料，其特征在于：所述负载镍的氮掺杂碳量子点中，镍与氮掺杂碳量子点的质量比为1:1-5。

4.根据权利要求1所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料，其特征在于：所述负载镍的氮掺杂碳量子点的尺寸20nm；所述氮掺杂碳量子点至少包含N、C、O元素。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)氮掺杂碳量子点的制备

以柠檬酸为碳源、乙二胺为氮源，采用水热法制备氮掺杂碳量子点；

(2)负载镍的氮掺杂碳量子点的制备

将氮掺杂碳量子点、可溶性镍盐溶于水中，采用水热法制备负载镍的氮掺杂碳量子点；

(3)自支撑纺丝硫正极宿主材料的制备

将负载镍的氮掺杂碳量子点、聚乙烯吡咯烷酮与溶剂共混制备纺丝液，之后采用静电纺丝技术制备复合纳米纤维；

将复合纳米纤维压片进行预氧化稳定处理，之后进行热处理，即得。

6.根据权利要求5所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，采用自下而上的水热法制备氮掺杂碳量子点，所述水热法的反应温度为180-220℃，水热时间为3-8h；和/或，所述柠檬酸与乙二胺的质量比为2-4:1。

7.根据权利要求5所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述氮掺杂碳量子点与可溶性镍盐的质量比为1-5:1；和/或，所述可溶性镍盐为氯化镍、硝酸镍、醋酸镍、硫酸镍中的一种或多种；和/或，所述水热法的反应温度为180-220℃，水热时间为5-10h。

8.根据权利要求5所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述负载镍的氮掺杂碳量子点与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.1-1:1.2；和/或，所述溶剂为无水乙醇和水的混合溶液，所述纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.1-0.2g/mL；和/或，所述采用静电纺丝技术制备复合纳米纤维的技术参数为：环境湿度35-45％，温度30-40℃；电压10-20kV，推速0.5-1.0mL/h，接收距离10-20cm，接收转速20-40rpm；和/或，所述预氧化稳定处理为：空气气氛下，由室温以0.5-2℃/min的升温速率升至130-170℃，保持2-4h；之后以0.5-2℃/min的升温速率升至200-300℃，保持20-50min；和/或，所述热处理为：在Ar气氛保护下，以3-10℃/min的升温速率升至600-750℃，保持2-5h。

9.一种如权利要求1-4中任一项所述的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料，或者如权利要求5-8中任一项所述的制备方法制备得到的均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料在制备锂硫电池中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述锂硫电池在制备时，先将硫与所述均匀负载催化剂的自支撑纺丝硫正极宿主材料复合，再组装成锂硫电池。