一种锌-空气电池催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锌‑空气电池催化剂的制备方法，包括将2,5‑二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I；将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II；将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声，在120～135℃下反应24～30h，冷却，过滤，干燥，得到前体；将步骤S3中的前体和钙盐混合均匀，然后放置在管式炉中，在混合气氛围下，煅烧得到催化剂Co‑MOF‑74@C/Ca。

【技术实现步骤摘要】
一种锌-空气电池催化剂的制备方法
本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种锌-空气电池催化剂的制备方法。
技术介绍
随着环境污染和能源危机等问题的日益严重，人们对于开发高效、低廉的新型储能器件的需求日益紧迫。其中，锌-空气电池由于其环境友好和高能量密度的特点而受到了特别的关注。在锌-空电池中，氧还原(ORR)反应起着至关重要的作用。锌-空气电池的基本结构有带有催化剂的多孔空气电极、金属锌电极和碱性电解质组成，其反应方程式如下阳极：Zn+4OH-＝Zn(OH)42-+2e-；Zn(OH)42-＝ZnO+H2O+2OH-；阴极：O2+2H2O+4e-＝4OH-；总反应式：2Zn+O2＝2ZnO。现如今，商用Pt及Pt基催化剂是最具代表性，也是最得到广泛应用的氧还原催化剂。但是，其高昂的价格和稀少的储量也限制了它们进一步的商业应用。因此，需要寻找高效，稳定和廉价的非Pt电催化剂，这也是如今能源领域的研究热点。
技术实现思路
针对现有技术中锌-空气电池催化剂存在使用贵金属而导致成本高，且效率低，寿命短等缺陷，本专利技术的目的是提供一种锌-空气电池催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1：将2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I。S2：将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II。S3：将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声5～8min后放置在烘箱中，在120～135℃下反应24～30h，冷却，过滤，干燥，得到前体。S4：将步骤S3中的前体和钙盐混合均匀，然后放置在管式炉中，在混合气氛围下，800～900℃煅烧2～3h后得到催化剂Co-MOF-74@C/Ca。进一步地，所述步骤S1中静电纺丝的注射电压为16～18kV，注射距离为12～15cm，注射速率为0.8～1.0mL/h；所述步骤S2中静电纺丝的注射电压为14～16kV，注射距离为10～12cm，注射速率为0.6～0.8mL/h。进一步地，所述步骤S1中的2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈的质量比为(0.11～0.19):(0.44～0.96)。进一步地，所述步骤S2中的六水合硝酸钴和聚丙烯腈的质量比为(1.6～2.9):(1.8～3.5)。进一步地，所述步骤S3中的混合溶剂为体积比为17:17:3的N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水的混合溶剂。进一步地，所述步骤S4中前体和钙盐的质量比为(0.8～1.2):(0.22～0.29)。进一步地，所述步骤S4中钙盐为氯化钙、硫酸钙或硝酸钙中的任意一种。进一步地，所述步骤S4中混和气为含量比为95％：5％的氮气和氧气。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术中，使用静电纺丝的方法纺出两层具有金属有机框架材料Co-MOF-74原料的纤维膜，然后将其裁剪堆叠放置在高压反应釜中在高压条件下反应，聚丙烯腈纤维膜外表面部分溶解金属钴离子和有机配体2,5二羟基对苯二甲酸配位得到Co-MOF-74，而Co-MOF-74具有高比表面积同时还具有裸露的钴金属位点，能有效地提高空气氧的吸附，提高催化剂效率。2、本专利技术中，没有使用贵金属有利于降低制备催化剂的成本提高经济效益，扩大产业化生产，同时在本专利技术中在静电纺丝过程中，有效的控制纺丝条件能够得到较粗纤维，在高温反应条件下保证了纤维溶解速率，聚丙烯腈提供碳源，进而在煅烧过程中形成Co-MOF-74@C核壳结构，并且通过添加钙离子，和钴离子有一定的协同促进作用，有利于提升催化剂的使用寿命，催化效率。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的锌-空气电池催化剂的SEM图谱。具体实施方式下面对本专利技术实施例作具体详细的说明，本实施例在本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。实施例1一种锌-空气电池催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：S1：将2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，在注射电压为16kV，注射距离为12cm，注射速率为0.8mL/h下静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I；其中2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈的质量比为0.11:0.44。S2：将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，在注射电压为14kV，注射距离为10cm，注射速率为0.6mL/h下静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II；其中六水合硝酸钴和聚丙烯腈的质量比为1.6:1.8。S3：将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入体积比为17:17:3的N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水的混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声5min后放置在烘箱中，在120℃下反应24h，冷却，过滤，干燥，得到前体。S4：将步骤S3中的前体和氯化钙混合均匀，然后放置在管式炉中，在含量比为95％：5％的氮气和氧气混合气气氛围下，800℃煅烧2～3h后得到催化剂Co-MOF-74@C/Ca；其中前体和钙盐的质量比为0.8:0.22。实施例2一种锌-空气电池催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：S1：将2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，在注射电压为18kV，注射距离为15cm，注射速率为1.0mL/h下静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I；其中2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈的质量比为0.19:0.96。S2：将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，在注射电压为16kV，注射距离为12cm，注射速率为0.8mL/h下静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II；其中六水合硝酸钴和聚丙烯腈的质量比为2.9:3.5。S3：将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入体积比为17:17:3的N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水的混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声8min后放置在烘箱中，在135℃下反应30h，冷却，过滤，干燥，得到前体。...

【技术保护点】
1.一种锌-空气电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/nS1：将2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I；/nS2：将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II；/nS3：将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声5～8min后放置在烘箱中，在120～135℃下反应24～30h，冷却，过滤，干燥，得到前体；/nS4：将步骤S3中的前体和钙盐混合均匀，然后放置在管式炉中，在混合气氛围下，800～900℃煅烧2～3h后得到催化剂Co-MOF-74@C/Ca。/n

【技术特征摘要】
1.一种锌-空气电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1：将2,5-二羟基对苯二甲酸和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝接收辊上，得到一层纤维膜I；
S2：将六水合硝酸钴和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声溶解，然后将其转移至注射泵中，静电纺丝纤维膜I上，得到一层纤维膜II；
S3：将纤维膜II从接收辊上取下，然后将其剪裁成2cm×2cm，叠加起来后放置在25mL的高压反应釜中，然后加入混合溶剂，溶剂液面高于堆叠纤维膜高度，并在堆叠起来的纤维膜上压上金属块防止纤维膜漂浮，超声5～8min后放置在烘箱中，在120～135℃下反应24～30h，冷却，过滤，干燥，得到前体；
S4：将步骤S3中的前体和钙盐混合均匀，然后放置在管式炉中，在混合气氛围下，800～900℃煅烧2～3h后得到催化剂Co-MOF-74@C/Ca。


2.根据权利要求1所述的一种锌-空气电池催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中静电纺丝的注射电压为16～18kV，注射距离为12～15cm，注射速率为0.8～1.0mL/h；所述步骤S2中静电纺丝的注射电压为14～16kV，注射距离为10～...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳，
申请(专利权)人：义乌市景麦新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33