[发明专利]一种应用于锌-空气电池中的FeZrRu三金属双功能氧电催化剂的制备方法

说明书

本发明采用一步高温热解法制备了具有高效氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)双功能催化活性的三金属催化剂，该催化剂可以作为锌‑空气电池的空气阴极发生的ORR和OER催化剂。该方法是以离子液体(含有N、S、F等)、Fe盐、Zr盐、Ru盐、三聚氰胺、硫脲及氧化石墨烯的混合物为前驱体，通过高温热解，酸洗及退火的方法，得到了一种FeZrRu三金属双功能氧电催化剂。本发明方法简单，制备的杂原子掺杂的三金属双功能催化剂在碱性条件汇中具有良好的双功能催化活性和稳定性，同时自组装的锌‑空气电池也具有较高的功率密度和较为稳定的充放电循环性能。本发明为金属‑空气电池高性能三金属掺杂双功能氧电催化剂的合成提供了一种通用策略。

技术领域

本发明采用一步高温热解法制备了具有高效ORR和OER双功能催化活性的三金属氧电催化剂，为金属-空气电池用高性能三金属掺杂双功能电催化剂的合成提供了一种通用策略。

背景技术

近年来，能源体系正从化石能源的绝对主导向低碳、多元化方向转变。其中，储能技术是实现能源可持续和环境保护的关键环节。

金属-空气电池由于具有比能量高、安全性好、环境友好等优点，作为受欢迎的一种能源转换技术，商业化应用前景非常广阔。其中，锌-空气电池由于具有资源丰富、理论能量密度较高等优点，成为金属-空气电池众多分类中的一类主要研究对象。

锌空气电池(ZABs)由于成本低、理论密度高、环境友好等优点而受到广泛关注。虽然锌-空气电池有望成为下一代储能设备之一，但阴极缓慢的氧反应仍然阻碍其商业化。因此，迫切需要用于氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的高效催化剂以改善ZABs的性能。到目前为止，贵金属材料仍然是商业电催化剂的首选。但储量少、成本高、功能单一等问题阻碍了其大规模商业开发。因此，寻找廉价、低贵金属负载量、高效的双功能锌空气电池催化剂仍然是一个挑战。

锌空气电池产生电能的过程，是通过阳极与阴极之间的氧化还原反应来实现的。锌-空气电池主要由正极(空气电极)、负极(锌电极)、电解液、隔膜和外壳五个部分组成。其中，空气电极是锌空气电池最为核心的部分。锌-空气电池在放电时，空气电极上发生的是ORR；另外，在充电时，空气电极上发生的是OER。

总的来说，锌-空气电池在放电工作过程中电极上发生ORR，而在充电过程中电极上发生OER，它们作为一对可逆的反应，在实际生产生活中存在着过电位高、反应速率慢等实际问题，严重阻碍了锌空气电池的进一步发展。所以通过开发优异的ORR、OER双功能催化剂，提升锌-空气电池的活性及其稳定性来解决此问题，是目前众多研究者的关注焦点。

发明内容