[发明专利]一种N,P掺杂碳纤维负载FeCo/Co2

说明书

本发明属于电池电催化技术领域，具体涉及一种N,P掺杂碳纤维负载FeCo/Co₂P的复合催化剂及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将含碳氮有机物溶于水中，随后加入细菌纤维素，分散均匀；之后加入铁氰化盐溶液，搅拌1‑10h后，加入钴盐溶液继续搅拌3‑10h，随后加入植酸溶液，搅拌1‑10h后，离心、干燥；将干燥样品置于管式炉中，在惰性气氛下先升温至300‑400℃，保温0.5‑2h，然后再升温至850‑950℃，保温1‑3h，产物冷却至室温后经酸洗、水洗、干燥得复合催化剂。制备的复合催化剂可同时催化HER、OER、ORR反应，具有良好的催化性能和稳定性。

技术领域

本发明属于电池电催化技术领域，具体涉及一种N,P掺杂碳纤维负载 FeCo/Co₂P的复合催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，由于对传统化石能源的过度开采和利用，全球正面临资源危机等一些列问题，一方面燃烧化石能源产生大量的污染气体，引起全球变暖、温室效应等大量问题，另一方面，为了应对高速发展的社会和经济，人类对能源的需求量也越来越大。而发展绿色清洁和可持续能源能够应对全球能源需求迅速增长和二氧化碳排放造成的气候变化带来的挑战。析氧反应(OER)、析氢反应(HER)和氧还原反应(ORR)是和能源应用相关的很重要的三个电催化反应。例如，循环燃料电池涉及HER、OER、ORR反应，可充电锌空气电池涉及ORR和OER反应，以及电解水涉及HER和OER反应等。

目前，商业的Pt/C催化剂在ORR以及HER上具有优异的催化活性，而Ir和 Ru基的催化剂则具有优异的OER性能。然而，以上的催化剂都是贵金属催化剂，其资源都比较稀缺和价格昂贵等缺点阻碍了其进一步应用，再加上，以上催化剂的双功能性能较差，在一些清洁能源转换和存储装置上并不是理想的商业化材料。例如，可充电的金属空气电池在充电时发生OER反应，而在放电过程中发生ORR反应，同时具有OER和ORR的双功能催化剂能大大提高电池的性能，而电解水在阴极发生HER反应，在阳极发生OER反应，同时具有OER和HER双功能的催化剂必然能大大提高电解水的效率。以上催化剂的双功能性较差，以及以上贵金属催化剂还存在稳定性差的缺陷。

近年来，低成本的过渡金属催化剂，例如，Fe、Co以及Ni基的合金、氧化物以及磷化物具有资源丰富、价格低以及潜在的活性等优点，有望替代贵金属催化剂。 Duanduan等人(Duanduan Y,Ce H,Xiangjie B,et al.Prussian blue analogues derived iron-cobaltalloy embedded in nitrogen-doped porous carbon nanofibers for efficientoxygen reduction reaction in both alkaline and acidic solutions[J].Journal ofColloid and Interface Science,2018)报道了FeCo合金嵌入氮掺杂的碳纳米管与石墨烯上可作为ORR和OER双功能催化剂；Liu等人(X.Liu,L.Wang,P.Yu,et al.A StableBifunctional Catalyst for Rechargeable Zinc–AirBatteries:Iron–CobaltNanoparticles Embedded in a Nitrogen-Doped 3D Carbon Matrix[J].Angew.Chem.2018.)报道了FeCo合金包覆于氮掺杂的石墨/碳纳米管作为高效的OER和HER 催化剂。然而，至今关于同时具有ORR、OER以及HER催化性能的FeCo合金基催化剂未见报道。基于不同催化反应的催化机理不相同，针对一个催化剂同时能提高不同催化反应存在很大的挑战，需要催化剂同时具有三个电催化反应的活性位点、大的比表面积以及合适的孔结构。因此，开发高效、低成本、耐用的三功能非贵金属电催化剂，以满足可持续能源的实际需求，已迫在眉睫。

发明内容