[发明专利]一种单原子电催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种单原子电催化剂，其特征在于，所述单原子电催化剂包括单原子和单原子载体，单原子的含量为0.5％-20％，单原子载体与单原子的键合方式为氧键，氮键，硫键方式的一种或者几种；

所述单原子为锌，钴，镍，铁，锰，铟中的一种或者几种混合物；

所述单原子载体为石墨烯碳，碳壳，炭黑，碳纳米管，洋葱碳中的一种或几种。

2.一种如权利要求1所述的单原子电催化剂正极材料，其特征在于，所述单原子电催化剂正极材料通过熔融灌硫的方式使硫粉与催化剂混合得到的复合正极，其中，单原子催化剂和硫粉的质量比为1:1-5，加热温度为120℃-200℃，加热气氛为氮气，氩气，空气中的一种或几种的混合气，加热时间为10h-24h。

3.一种如权利要求1所述的单原子电催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将金属盐溶解到水溶液当中，形成盐溶液；

步骤二、将步骤一中的盐溶液与高分子水溶液混合，并在一定的温度条件下加热搅拌，形成均一的混合溶液；

步骤三、将步骤二中的混合溶液加入到单原子载体当中，搅拌一定时间，并冷冻干燥一定时间后进行退火处理，得到单原子电催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤一盐溶液的浓度为1-20mmolL^-1，金属盐为硝酸盐，硫酸盐，碳酸盐，错酸盐中的一种或者几种的混合物；

所述步骤二中的高分子水溶液为聚乙烯基吡咯烷酮，2-甲基吡咯，葡萄糖，蔗糖，聚环氧乙烷中的一种或者几种的混合物水溶液。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的高分子水溶液的浓度为0.1-10mol L^-1，步骤一中盐溶液和步骤二中高分子溶液的体积比为1:1-100，搅拌温度为10-80℃，搅拌时间为5-30min。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中加入碳载体的质量为1g-100g,搅拌时间为10min-120min,冷冻干燥的时间为10h-48h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤三中退火温度为200℃-1000℃，退火气氛为氩气，氮气，氢气，氧气中的一种或几种的混合气，退火时间为1h-3h。

8.一种如权利要求2所述单原子电催化剂正极材料在锂硫电池中的应用，其特征在于：采用上述单原子电催化剂正极材料作为锂硫电池的正极，通过熔融灌硫的方式实现了硫与催化剂的复合正极，具体如下：

(1)将上述得到的单原子催化剂和一定的硫粉混合，并与一定的温度，一定的气氛下加热一定时间，得到单原子催化剂和硫的复合产物；

(2)将步骤(1)得到的复合产物进行研磨，涂浆，裁片处理，组装得到锂硫电池。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述步骤(1)中单原子催化剂和硫粉的质量比为1:1-5，加热温度为120℃-200℃，加热气氛为氮气，氩气，空气中的一种或几种的混合气，加热时间为10h-24h。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中复合产物的研磨时间为1h-5h，涂片厚度为20μm-500μm，裁片大小为直径5cm-19cm，所用的电解液为乙二醇二甲醚，二乙二醇二甲醚，1，3-二氧戊环中的一种或几种混合溶液。