[发明专利]一种CoS/CuS复合氮掺杂碳纳米材料的制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种CoS/CuS复合氮掺杂碳纳米材料的制备方法与应用，所述制备方法为：以硝酸镉，硫脲，聚乙烯吡咯烷酮为反应原料，乙二醇为溶剂，合成CdS纳米球，加入聚丙烯腈进行静电纺丝，获得CdS‑PAN纳米纤维；以CdS‑PAN纳米纤维为模板，加入2‑甲基咪唑和不同比例硝酸钴、硝酸铜，去离子水为溶剂，室温陈化，得到CuCo‑ZIFs@CdS‑PAN纳米纤维，最后高温煅烧。本发明方法所制备得到的CoS/CuS复合氮掺杂碳纳米材料，具有产品成本低，易控制，均匀性高以及产品重复性好等特点，可用于可充电锌空电池以及一体化柔性锌空电池，具有良好的锌空电池性能，高功率密度和较好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及柔性锌空电池空气电极催化剂技术领域，特别是涉及一种CoS/CuS复合氮掺杂碳纳米材料的制备方法与应用。

背景技术

能源、环境与人类生活息息相关，清洁可再生能源技术的大力发展是解决全球气候变暖、环境污染以及资源短缺等问题的关键所在，更是加快我国实现节能减排、产业转型的重要战略。其中，锌空电池由于能量密度高、成本低、使用范围广以及安全可靠等优点，符合当前社会对新能源技术发展需求，被视为是二十一世纪最有效的能源设备之一，有望实现在固定式能量站、新能源运输方式以及可穿戴柔性设备等领域的广泛应用。

锌空电池(zinc-air batteries)，是以金属锌为负极、氧气为正极活性物质的金属空气电池，锌空电池的负极金属锌廉价易得、放电产物氧化锌可完全回收，且其正极空气无成本且可无限供应，因此其成本远低于锂离子电池产品。锌空电池的电流密度较低，更加适用于能量密度需求高、功率要求低的产品，如作为助听器电源、紧急照明装置等。

近年来，出现可折叠显示器、电子皮肤、植入式医疗器件等，代表着贴身和植入式电子产品的未来发展方向。传统储能器件的电极脆性大易弯折劈裂，且采用液体电解液导致封装外壳笨重，不能满足柔性电子器件的柔性化要求。因此，开发轻薄、高效、安全、经济的柔性储能装置迫在眉睫，而柔性可充电锌空电池，是可穿戴电子器件有前景的备选驱动电源。

作为空气电极的贵金属基催化剂具有高成本、稀缺性以及双功能催化活性不佳等特点，导致锌空电池的能量转化效率和循环稳定性较差，严重阻碍了锌空电池商业化。另外，与超级电容器和锂离子电池等常规储能形式不同的是，锌空电池的半开放结构，使其柔性化设计受到更大的制约，在材料制备上实现空气阴极柔性化面临着更大的挑战。为此，应该选用更加高效的空气电极催化材料来促进氧还原反应和析氧反应，以提高锌空电池性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种CoS/CuS复合氮掺杂碳纳米材料的制备方法与应用，所述CoS/CuS复合氮掺杂碳纳米材料用于一体化柔性锌空电池空气电极催化剂，以该催化剂材料制备的锌空电池具有良好的性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种CoS/CuS复合氮掺杂碳纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备CdS纳米球：以硝酸镉(Cd(NO₃)₂·4H₂O)、硫脲(CH₄N₂S)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为反应原料，乙二醇为溶剂，制备CdS纳米球；

(2)制备CdS-PAN纳米纤维：在步骤(1)制备的CdS纳米球中加入聚丙烯腈(PAN)进行静电纺丝，制备CdS-PAN纳米纤维；