[发明专利]一种碳气凝胶单金属原子催化剂的制备方法及电催化应用

权利要求书

1.一种碳气凝胶单金属原子催化剂的制备方法，其特征在于：采用生物质水凝胶为前驱体来合成单金属原子负载的碳气凝胶单金属原子催化剂，其具体包括以下步骤：

S100、生物质水凝胶的合成：根据预定配方，壳聚糖：二氧化硅纳米粒子：醋酸溶液：氨水溶液：铁-邻二氮菲络合物：醋酸锌溶液＝60mg：40mg：2.56mL：90μL：200μL：80μL；将壳聚糖和二氧化硅纳米粒子于螺口瓶中，加入到醋酸溶液中，进行搅拌80～90min，然后加入氨水溶液中进行调节体系pH至7.0，在搅拌下向体系中慢慢加入铁-邻二氮菲络合物和醋酸锌溶液，然后超声处理5～8min后得到水凝胶，并将制备水凝胶的命名为CS_Si-Zn/FePM；

S200、铁单原子/氮掺杂碳气凝胶的合成：将步骤S100合成的CS_Si-Zn/FePM水凝胶经过冷冻干燥后，以5℃min^-1～6℃min^-1的速率，并在含3％H₂的Ar气氛下加热到900℃，进行保温3h～4h，随后经过HF溶液浸泡2h后除去SiO₂纳米粒子后，最终得到铁原子负载的氮掺杂碳气凝胶，即为碳气凝胶单金属原子催化剂，并将其命名为NCA_C-Zn/Fe，其中所述HF溶液浸泡与壳聚糖：二氧化硅纳米粒的比例是4.0mL：60mg：40mg。

2.根据权利要求1所述的一种碳气凝胶单金属原子催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤S100中所述的氨水溶液的质量分数为20wt％。

3.根据权利要求1或2所述的一种碳气凝胶单金属原子催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤S100中所述二氧化硅纳米粒子是采用粒度为15nm的二氧化硅纳米粒子。

4.根据权利要求1或2所述的一种碳气凝胶单金属原子催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤S200中所述HF溶液是质量百分浓度为4％的HF溶液。

5.根据权利要求1或2所述的一种碳气凝胶单金属原子催化剂的制备方法，其特征在于：在步骤S100中所述醋酸锌溶液是1M醋酸锌溶液。

6.一种采用权利要求1制备的一种碳气凝胶单金属原子催化剂的电催化应用，其特征在于，具体为锌空电池内的催化应用，具体应用步骤如下：

S1、将含有0.2M的醋酸锌的6M KOH溶液作为锌空电池电解质；

S2、然后将锌空电池的锌片和所制备的碳气凝胶单金属原子催化剂分别作为阳极和阴极，其中阴极由三层构成，分别是气体扩散层，泡沫Ni层和催化剂层，并以NCA_C-Zn/Fe为催化剂，乙炔黑为导电剂，聚四氟乙烯为粘结剂，NCA_C-Zn/Fe、乙炔黑和聚四氟乙烯这三种物质的质量分数为6:1:3，将三种物质混合制备得到催化层；

S3、将制备的催化层压片到0.3～0.4mm后进行80℃的温度下进行真空干燥3h。