The invention discloses a preparation method of transition metal/nitrogen doped bamboo-shaped carbon nanotubes. The transition metal/nitrogen doped bamboo-shaped multi-walled carbon nanotubes are prepared by using metal-organic framework material as carbon precursor, and are applied in energy devices. The method has abundant raw materials, low cost, simple preparation process and short procedure. It overcomes the technical problems of high cost, poor environmental friendliness and disadvantageous to large-scale production of carbon nanotubes in the existing technology, and is conducive to industrial production. In terms of product performance, the transition metal/nitrogen doped multi-walled carbon nanotubes prepared by the invention have high consistency, large specific surface area, good conductivity, obvious bamboo shape, excellent electrochemical performance, and can be used as cathode catalytic materials for hydrogen-oxygen fuel cells and lithium-air batteries. The preparation of the product based on the invention and the advantages of the product performance will make the product have a very wide application prospect and great commercial value.
【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法
本专利技术涉及电化学
,具体涉及一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法,该碳纳米管可应用于燃料电池和锂-空气电池领域。
技术介绍
随着传统化石能源的日益枯竭以及环境污染愈发严重,越来越多的国家认识到要建设一个既能满足社会需要,又能不危及后代人生存和发展的可持续发展社会,要尽可能地发展清洁能源替代高含碳量的化石能源。在此背景下,燃料电池作为一种清洁高效的能源转换装置得到全世界的重视;同时,锂-空气电池作为高效储能装置得到广泛的关注。燃料电池和锂-空气电池的阴极材料是关键,它决定着主要性能指标。其中,碳材料由于具有成本低、导电性高、无污染等优点被认为是优异的电极材料。碳材料在燃料电池的阴极和阳极都有重要应用。特别是为了取代贵金属铂而发展的低成本非贵金属氧还原催化剂。大量研究表明过渡金属/氮掺杂碳材料具有很高的氧还原催化活性,具有能够取代铂的实际应用价值。锂-空气电池是一种用锂作阳极,以空气中的氧气作为阴极反应物的电池。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度。如今对锂-空气电池阴极材料的研究主要集中于碳材料,其中碳纳米管因为具有平行孔结构、较高的氧还原催化活性和稳定性等优势,可有效解决锂-空气电池存在的能量密度低、循环性能不足等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中制备碳纳米管存在的成本高、环境友好性差、不便于大规模生产的技术问题,提供一种低成本的过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到:一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法,所述制备 ...
【技术保护点】
1.一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:S1、选取含过渡金属的金属有机框架材料MIL‑53和ZIF‑8为前驱体,采用球磨的方式混合;S2、将步骤S1中混合物放入石英舟,在N2氛围下在管式炉中,快速升温至1050℃,保温60min,再以10~15℃/min的降温速率降至室温,得到碳粉;S3、将步骤S2得到的碳粉研磨后放入石英舟,在NH3氛围下在管式炉中,快速升温至1050℃,保温30min,再以10~15℃/min的降温速率降至室温,得到碳粉;S4、将步骤S3中所得碳粉充分酸洗除去多余金属,得到过渡金属/氮掺杂碳纳米管。
【技术特征摘要】
1.一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:S1、选取含过渡金属的金属有机框架材料MIL-53和ZIF-8为前驱体,采用球磨的方式混合;S2、将步骤S1中混合物放入石英舟,在N2氛围下在管式炉中,快速升温至1050℃,保温60min,再以10~15℃/min的降温速率降至室温,得到碳粉;S3、将步骤S2得到的碳粉研磨后放入石英舟,在NH3氛围下在管式炉中,快速升温至1050℃,保温30min,再以10~15℃/min的降温速率降至室温,得到碳粉;S4、将步骤S3中所得碳粉充分酸洗除去多余金属,得到过渡金属/氮掺杂碳纳米管。2.根据权利要求1所述的一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法,其特征在于,所述金属有机框架结构材料MIL-53为MIL-53(Fe)或MIL-53(Co)中的一种或以上,所述MIL-53合成方式为:向N,N-二甲基甲酰胺溶液中加入对苯二甲酸和过渡金属盐,充分搅拌后置于水热反应釜中,170℃保温24小时,后通过离心清洗、干燥后获得MIL-53。3.根据权利要求2所述的一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法,其特征在于,所述N,N-二甲基甲酰胺、对苯二甲酸和过渡金属盐的摩尔比例为280:1:1。4.根据权利要求2所述的一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法,其特征在于,所述过渡金属盐为FeCl2、FeCl3或CoCl2中...
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