[发明专利]基于ZIF-8磷硫双掺杂的非金属双功能氧催化剂及其制备方法和应用

摘要

一种基于ZIF‑8磷硫双掺杂的非金属双功能氧催化剂及其制备方法和应用。本发明以ZIF‑8为模板，分别以植酸钠和十二硫醇为磷源和硫源，在惰性气氛下煅烧制备非金属碳孔状纳米复合物，由于ZIF的多孔骨架结构，煅烧后碳材料继承了其多孔结构，而金属Zn则因其低沸点被升华除去，制得了磷和硫均匀共掺杂的碳材料。所得催化剂具有高的比表面积和导电性，在碱性介质中具有良好的氧还原和析氧电催化活性，这主要因为多孔碳材料催化剂有效提高了比表面积和导电性；磷硫部分取代了C‑C sp²杂化轨道，形成C‑P与C‑S的连接，增加了活性位点，更有利于电子的传导，大大的提高了材料的电催化性能，在能源转换和储存领域具有潜在的应用价值。

主权项

1.一种基于ZIF‑8磷硫双掺杂的非金属双功能氧催化剂，其特征在于所述催化剂是以ZIF‑8为模板，分别将其与植酸钠溶液和十二硫醇溶液相互作用后，再将收集的白色固体高温煅烧后得到磷硫双掺杂的非金属双功能氧催化剂，记为PSpC；所述基于ZIF‑8磷硫双掺杂的非金属双功能氧催化剂的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：(a)ZIF‑8的制备将0.29g Zn(NO3)·6H2O和0.66g 2‑甲基咪唑分别溶于15mL甲醇中，将温度保持在25～35℃之间，搅拌条件下将2‑甲基咪唑的甲醇溶液缓慢滴加到或快速倒入硝酸锌的甲醇溶液中，继续搅拌15min后，在相同温度下老化24h，离心收集白色沉淀，用甲醇连续洗涤3次，最后在真空干燥箱中50℃干燥12h；(b)PSpC非金属双功能氧催化剂的制备将步骤(a)中所得的ZIF‑8研磨成粉末，取0.5g分散于10mL甲醇中，称取0.1～1.2g植酸钠和0.1～0.8g十二硫醇分别溶解在15mL无水乙醇中，先将植酸钠的乙醇分散液缓慢滴加到ZIF‑8分散液中，搅拌2h后再静置24h；再在搅拌条件下将十二硫醇的乙醇分散液加入ZIF‑8和植酸钠混合分散液中，搅拌2h后再静置24h，离心分离，白色沉淀用乙醇洗涤3次，在真空干燥箱中50℃干燥12h，将得到的白色粉末放于管式炉中，在氮气氛围下，以5℃/min的升温速率由室温加热到250℃，保温2h，在以同样的升温速率加热到700～1000℃，保温4h，制得非金属双功能氧催化剂PSpC。