一种柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料、制备方法及其应用，属于电催化技术领域。所述材料以柔性多孔N掺杂碳纳米纤维为基体，基体表面上负载有N掺杂的碳纳米片阵列，碳纳米片阵列上生长有N掺杂的碳纳米管，N掺杂的碳纳米管中封装有Co纳米粒子；其Co元素含量为2wt％～3wt％，N元素含量为6at％～10at％，比表面积为350m2g

【技术实现步骤摘要】
一种柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料、制备方法及其应用，属于电催化


技术介绍

[0002]可充电的柔性锌空气电池具有高的理论能量密度(1086Wh/kg)和高安全性，有望成为下一代的储能设备，以满足在可穿戴电子设备和植入式医疗设备等领域的需求。锌空气电池体系中，空气电极处的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)动力学十分缓慢，通常需要高效的催化剂来加快反应的进行，进而推动锌空气电池的发展和广泛应用。贵金属基电极催化剂如RuO2和Pt/C，分别在OER和ORR方面表现出良好的催化活性，但其资源稀缺、成本高、稳定性差等缺陷大大限制了它们在锌空气电池中的大规模应用。因此，开发高活性和稳定的非贵金属柔性电极催化剂来同时提高ORR和OER至关重要。
[0003]近年来，过渡金属负载的碳基复合材料因其低廉的价格、可调的微观结构和优异的催化性能引起了研究者越来越多的关注。包封在碳材料中的过渡金属如Fe、Co、Ni等纳米粒子可以促进材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料，其特征在于：所述材料以N掺杂碳纳米纤维为基体，基体表面上负载有N掺杂的碳纳米片阵列，碳纳米片阵列上生长有N掺杂的碳纳米管，N掺杂的碳纳米管中封装有Co纳米粒子；所述材料中Co元素含量为2wt％～3wt％，N元素含量为6at％～10at％，比表面积为350m2g
‑1～700m2g
‑1，微孔、介孔和大孔均有分布且具有柔性。2.一种如权利要求1所述的柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将ZnO和聚丙烯腈溶于溶剂中，搅拌混合均匀后得到纺丝溶液，对所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到ZnO/PAN纤维膜；(2)将所述ZnO/PAN纤维膜浸入的2
‑
甲基咪唑溶液中10min～20min，然后加入锌盐和钴盐的金属盐混合溶液，搅拌反应40min～60min，反应结束后，洗涤、冷冻干燥，得到CoZn
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ZIF@ZnO/PAN；其中，ZnO/PAN纤维膜和2
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甲基咪唑的质量比为0.2～0.4:1；2
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甲基咪唑和金属盐总量的摩尔比为4～8:1；锌盐和钴盐的摩尔比为1:1～3:1；(3)将三聚氰胺和所述CoZn
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ZIF@ZnO/PAN分别放入管式炉的上下游，然后通入氮气，首先升温至300℃～350℃保温2h～4h；然后升温至900℃～950℃保温2h～4h；保温结束后，在2M～4M的硝酸溶液中浸泡24h～48h，浸泡结束后，洗涤、冷冻干燥，得到一种柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料；其中，三聚氰胺质量为CoZnZIF@ZnO/PAN膜质量的1倍～4倍。3.如权利要求2所述的一种柔性自支撑Co嵌入N掺杂的三维多孔碳基材料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，杨文秀，冯霄，王锦明，
申请(专利权)人：北京理工大学前沿技术研究院济南，
类型：发明
国别省市：