[发明专利]一种基于Zn-Cu-N共掺杂碳复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及电催化氧还原领域，具体为一种基于Zn‑Cu‑N共掺杂碳复合材料的制备方法，将ZnCu‑ZIF前驱体经碳化处理方式所得到的Zn‑Cu‑N‑C复合材料，所述ZnCu‑ZIF前驱体是通过将硝酸锌与硫酸铜的混合溶液滴入苯并咪唑溶液中，再经洗涤、干燥处理后获得所述ZnCu‑ZIF前驱体；本发明通过锌、铜之间的协同作用，提高催化剂的导电性和本征催化活性，多孔Zn‑Cu‑N共掺杂碳复合材料在碱性溶液中呈现出了高效的氧还原性能，并优于Pt/C。因此，多孔Zn‑Cu‑N共掺杂碳复合材料可以取代商业的Pt/C用于氧还原反应，从而降低成本。

技术领域

本发明属于电催化氧还原领域，具体为一种基于Zn-Cu-N共掺杂碳复合材料的制备方法。

背景技术

世界范围的化石能源短缺和相关的环境问题需要环境友好、低成本和可持续的能源储存和转换装置。氧还原反应是上述能量转换技术的关键，如燃料电池和金属空气电池。然而，氧还原反应缓慢的四电子转移反应动力学导致高极化过电位和低能量输出性能，限制了该领域的快速发展。

迄今为止，铂基金属电催化剂可以有效地解决与动力学相关的问题，但由于稳定性差、成本高和资源稀缺限制了其在氧还原反应中的大规模商业化应用。因此开发一种地球储量丰富、廉价且具有优异稳定性的氧还原催化剂具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Zn-Cu-N共掺杂碳复合材料的制备方法，解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于Zn-Cu-N共掺杂碳复合材料的制备方法，包括ZnCu-ZIF前驱体经碳化处理方式所得到的Zn-Cu-N-C复合材料，所述ZnCu-ZIF前驱体是通过将硝酸锌与硫酸铜的混合溶液滴入苯并咪唑溶液中，再经洗涤、干燥处理后获得所述ZnCu-ZIF前驱体。

进一步的，所述硝酸锌与硫酸铜的混合溶液是按摩尔比1:20～30的比例称取五水硫酸铜(II)和六水合硝酸锌溶于去离子水和无水乙醇的混合溶液中获得。

进一步的，所述苯并咪唑溶液是以10 mmol苯并咪唑配15 mL去离子水和15 mL无水乙醇的比例混合而成。

进一步的，所述硝酸锌与硫酸铜的混合溶液滴入苯并咪唑溶液中的速度控制在1mL/min。

进一步的，所述碳化处理的方式为在氩气氛围下，以1000～1100 ℃煅烧2 小时，然后冷却至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过锌、铜之间的协同作用，提高催化剂的导电性和本征催化活性。

2、多孔Zn-Cu-N共掺杂碳复合材料在碱性溶液中呈现出了高效的氧还原性能，优于Pt/C。因此，多孔Zn-Cu-N共掺杂碳复合材料可以取代商业的Pt/C用于氧还原反应，从而降低成本。

附图说明

图1是本发明Zn-Cu-N-C复合材料的X-射线粉末衍射图。

图2是实施例1制备的ZnCu-N-C所对应的（a）扫描电子显微镜图片、（b）透射电镜图片、（c）高倍透射电镜图片、（d）元素分布图片、（e）选区电子衍射图片。

图3是实施例1制备的ZnCu-N-C复合材料和商业Pt/C所对应的（a）两电极水解线性扫描曲线、（b）在加入3 mol L^-1甲醇后，对ZnCu-N-C和商业Pt/C进行甲醇耐受性试验、（c）在O₂饱和的0.1 mol L^-1 KOH中加入0.1 mol L^-1 KSCN前后，ZnCu-N-C的LSV 曲线。