[发明专利]一种CoN析氧和氧还原电催化剂制备方法

说明书

本发明涉及金属‑空气电池技术领域，具体为一种CoN析氧和氧还原电催化剂的制备方法，本发明通过水热及低温氮化处理的方法得到CoN催化材料，所述水热是将钴生长在碳布上，获得Co LDH前驱体；将所述钴基前驱体在氨气气氛下进行低温氮化处理。本发明制备方法简单，在碱性条件下具有优异的电催化析氧和氧还原性能，其作为空气阴极组装锌‑空气电池时，表现出良好的长期稳定性和可观的功率密度，在锌‑空气电池方面展现出了实际应用潜力。

技术领域

本发明属于金属-空气电池领域，具体为一种CoN析氧和氧还原电催化剂制备方法。

背景技术

开发高效非贵金属基析氧和氧还原电催化剂是提高锌-空气电池的必由之路。尽管科学家们付出了巨大的努力，氧析出和氧还原的缓慢动力学仍限制锌-空气电池的实际应用。近年来，地球上丰富的过渡金属引起科学家们的广泛关注和研究，其中钌和铂基电催化剂分别在氧析出和氧还原反应中表现出优异的电催化性能，但稀缺性、稳定性差、高成本等缺点限制其大规模商业应用。因此，开发低成本、高效、地球储量丰富的非贵金属基催化剂对可充电锌-空气电池具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CoN析氧和氧还原电催化剂制备方法，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CoN析氧和氧还原电催化剂制备方法，包括水热反应和低温氮化处理的方法得到CoN材料，所述水热反应是以碳布为基底生长出钴基前驱体；将所述钴基前驱体在氨气气氛下进行低温氮化处理得到所述CoN材料。

进一步的，所述钴基前驱体的制备是将四水合乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮超声溶解在乙二醇溶液中得到混合溶液，再加入甲醇溶液搅拌30分钟，然后把碳布置入其中进行水热反应。

进一步的，所述水热反应温度为120℃，反应时间为12小时。

进一步的，所述低温氮化处理是以5 ℃/min升温速率升至200~400℃，保持3小时，然后自然冷却至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备方法简单，通过在碳布上进行简单的水热和低温氮化处理得到CoN催化材料，在碱性条件下具有优异的电催化析氧和氧还原性能，其作为空气阴极组装锌-空气电池时，表现出良好的长期稳定性和可观的功率密度，在锌-空气电池方面展现出了实际应用潜力。

附图说明

图1 本发明实施例1制备的CoN-300/CC的X-射线粉末衍射图；

图2 本发明实施例2、3制备的复合材料的X-射线粉末衍射图；

图3 本发明实施例4、5制备的CoN材料的X-射线粉末衍射图；

图4 本发明实施例1、2、3制备的催化材料的电催化析氧线性扫描曲线；

图5 本发明实施例1、4、5制备的催化材料的电催化析氧线性扫描曲线；

图6 （a~c）为本发明实施例1的碳布、Co LDH和CoN-300/CC的扫描电子显微镜图；图6（d）所示为透射电镜图；图6（e）所示为选区电子衍射图；图6（f）所示为高分辨透射电镜图和晶格条纹；图6（g）所示为高角环形暗场透射电镜图和各元素均匀分布在催化材料中；

图7 本发明CoN催化材料在不同温度下的X-射线光电子能谱图；

图8 本发明实施例1制备的Co LDH前驱体、不同温度氮化时材料及贵金属RuO₂所组成的析氧线性扫描曲线；

图9 本发明实施例1制备的CoN材料在1.0 M KOH中在高电流密度下的长期稳定性曲线；

图10 本发明实施例1在碱性条件下电催化氧还原线性扫描曲线；

图11 本发明实施例1在碱性条件下的电催化氧还原长期稳定性曲线；