限域型单分散Co-Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及催化材料，提供了限域型单分散Co

【技术实现步骤摘要】
限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化材料，具体涉及过渡金属基催化材料的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]可充电的锌
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空气电池具有高能量密度、低成本、高安全性和环境友好性等优势，受到了全球研究者的广泛关注。然而，在充/放电过程中，空气电极上的两个电催化半反应（即氧还原反应和析氧反应）的巨大过电位和缓慢动力学过程，严重制约了其性能。虽然贵金属基电催化剂（如Pt/C、RuO2和IrO2）可以促进这些反应，但它们的稀缺性、昂贵价格以及缺乏耐用性和双功能严重阻碍了其商业化应用。因此，迫切需要设计出具有优异双功能和耐用性的低成本氧催化剂。
[0003]在过去的几十年，研究者一直致力于设计地球资源丰富的过渡金属基碳复合材料。由于其低廉的价格和优异的导电性/活性，过渡金属基催化剂及过渡金属合金催化剂被认为是替代贵金属基催化剂最理想的选择。根据火山型曲线，单一过渡金属催化剂对氧中间体缺乏合适的吸附能，因此难以实现双功能催化。过渡金属合金得益于协同效应，具有更好的催化性能。通过设计金属/合金异质界面，可以进一步显著提高其电催化活性。然而，裸露在腐蚀性电解液的过渡金属基材料，难以维持长时间的电化学活性。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法和应用，至少解决现有技术中存在的一个问题。
[0005]本专利技术提供的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法包括以下步骤：将尿素和柠檬酸溶解在水中，形成溶液A；将二价钴盐、三价铁盐与有机溶剂混合，形成溶液B；使所述溶液A和所述溶液B混合，形成混合溶胶；使所述混合溶胶中的可挥发物质部分挥发，形成混合凝胶；干燥所述混合凝胶，并研磨成粉末，得到CoFe前驱体；将所述CoFe前驱体在惰性气体氛围下进行高温热解处理，得到限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料。
[0006]所述尿素和柠檬酸的水溶液与所述二价钴盐和三价铁盐的有机溶液混合后，先从溶胶状态转为凝胶状态，再干燥，最后进行高温热解处理，可以形成单分散的限域结构，得到Co
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Co7Fe3异质结构复合材料。高温热解处理后得到了多孔氮掺杂碳复合体（PNCC），PNCC具有碳纳米片上附着有碳纳米管的结构。
[0007]上述方法得到了限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料，即本专利技术也提供了由上述方法得到的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料。
[0008]所述限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料可以作为双功能氧催化剂，用于
锌
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空气电池充放电反应。因此，本专利技术还提供一种锌
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空气电池，所述锌
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空气电池包含所述限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料。
[0009]本专利技术实施例采用的技术方案至少能够达到以下有益效果：(1) 提供了独特的限域金属/合金异质结构构建策略，使用含有不同Co/Fe比率的干凝胶前驱体进行热解，进而能够可控调节金属
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合金界面；(2) 限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料中的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构能够高效调制电子结构，增强电荷转移和改善活性位点；(3) 形成了多孔氮掺杂碳载体，多孔氮掺杂碳载体为金属活性位点提供了巨大活性面积和稳定的支持，有利于高效地离子/电荷转移和提高稳定性；(4) 限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料能够降低析氧反应和氧还原反应过程势垒，表现出超强的双功能氧催化和可充锌
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空气电池性能；(5) 结合金属
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合金异质界面设计和限域型结构协同增强双功能氧催化过程，在设计高效、低成本的金属
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空气电池和推动电化学能源系统的实际应用等领域具有广阔的前景。
附图说明
[0010]图1是实施例1的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的XRD图。
[0011]图2是实施例1的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的EDX
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Mapping图。
[0012]图3是实施例1的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的SEM图。
[0013]图4是实施例1的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的TEM图。
[0014]图5显示了实施例2的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料作为电催化剂在氧气饱和的0.1 M KOH溶液中的线性扫描伏安极化曲线。
[0015]图6是显示了实施例3的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料作为空气电极材料的锌
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空气电池性能曲线。
[0016]图7显示了实施例3的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料作为空气电极材料的锌
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空气电池的循环充/放电稳定性曲线。
[0017]图8是实施例3的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料作为空气电极材料的锌
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空气电池的循环充/放电稳定性测试后的SEM图。
具体实施方式
[0018]以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地说明本专利技术的目的、方案和效果。
[0019]在具体实施时，本专利技术提供的限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法可以包括以下步骤S1~S6：S1. 将尿素和柠檬酸溶解在水中，形成溶液A。
[0020]在步骤S1中，所述水可以为去离子水，可以通过搅拌使尿素和柠檬酸溶解在去离子水中。在所述溶液A中，尿素的质量浓度可以为150 mg/mL ~250 mg/mL，柠檬酸的质量浓度可以为15 mg/mL ~25 mg/mL。
[0021]S2. 将二价钴盐、三价铁盐与有机溶剂混合，形成溶液B。
[0022]在步骤S2中，所述二价钴盐选自Co(NO3)2∙
6H2O、CoSO4∙
7H2O等钴盐，所述三价铁盐选自Fe(NO3)3∙
9H2O、FeCl3等铁盐。优选地，所述二价钴盐为Co(NO3)2∙
6H2O，所述三价铁盐为Fe(NO3)3∙
9H2O。所述有机溶剂可以为乙醇，可以通过搅拌使Co(NO3)2∙
6H2O和Fe(NO3)3∙
9H2O溶解在乙醇中。在所述溶液B中，Co(NO3)2∙...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：将尿素和柠檬酸溶解在水中，形成溶液A；将二价钴盐、三价铁盐与有机溶剂混合，形成溶液B；使所述溶液A和所述溶液B混合，形成混合溶胶；使所述混合溶胶中的可挥发物质部分挥发，形成混合凝胶；干燥所述混合凝胶，并研磨成粉末，得到CoFe前驱体；将所述CoFe前驱体在惰性气体氛围下进行高温热解处理，得到限域型单分散Co
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Co7Fe3异质结构复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述溶液A中，尿素的质量浓度为150 mg/mL ~250 mg/mL，柠檬酸的质量浓度为15 mg/mL ~25 mg/mL。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述二价钴盐选自Co(NO3)2∙
6H2O、CoSO4∙
7H2O，所述三价铁盐选自Fe(NO3)3∙
9H2O、FeCl3。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述二价钴盐为Co(NO3)2∙
6H2O，所述三价铁盐为Fe(NO3)3∙
9H...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭满满，练优，林柽，袁宇希，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：