【技术实现步骤摘要】
本申请属于功能化纳米电极材料，涉及一种电催化剂、制备方法和应用，尤其涉及一种铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料、制备方法和在锌空气电池自驱动电解水制氢中的应用。
技术介绍
1、由于化石燃料的枯竭，人类应该大幅减少对传统化石燃料的依赖，积极发展绿色能源和可再生能源技术。可充电锌空气电池(zabs)和电解水制氢技术因其原料丰富、成本效益高、设计环保、能量密度高和运行风险低而成为未来能源转换和存储最具前景的候选技术之一。氧还原反应(orr)和氧析出反应(oer)是实现高效可充电锌空气电池的两个关键电催化反应。此外，电解水制氢通过阴极-半电池反应的析氢反应(her)生成氢气，通过阳极-半电池反应的oer生成氧气，将电能转化为化学能。
2、然而，由于orr、oer和her的动力学缓慢，可能导致过电位较大，从而导致zabs和电解水制氢装置的能量密度和效率较低。此外，贵金属铂(pt)及其衍生物表现出最有效的orr和her活性，而ir和ru基催化剂对oer具有较高的催化活性。然而，它们的储量低，价格昂贵，且多功能性能较差，难以通过一个电极促进多种反应，严重限制了它们在清洁能源设备中的广泛应用。因此，开发具有丰富活性位点、强界面共轭性、大电化学表面积等组份结构特征的价格低廉储量丰富的非贵金属三功能电催化剂是非常有必要的。相对于电解水和zabs使用的高纯水，如果将地球水含量97％的海水作为电解质原料，则可进一步提升电解水制氢和zabs的应用范围并降低成本。
3、目前已有研究表明，金属钴
技术实现思路
1、针对目前锌空气电池驱动电解水系统中亟需寻找高活性、低成本的三功能电催化剂的现状，本发申请的目的旨在提供一种电催化剂、制备方法和应用，具体涉及铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料、制备方法和作为高效三功能电催化剂，并将其用于锌空气电池自驱动全分解水。
2、第一方面，本申请提供一种电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、获得zif-67的步骤；
4、将所述zif-67在惰性气氛中，以2～5℃ min-1速率升至600～900℃，维持2～4小时后冷却，得到金属有机框架衍生的钴元尖晶石/钴氮碳复合材料；
5、将三价铁源、尿素、氟化铵充分溶于水中，获得混合溶液a；再将一定量的所述金属有机框架衍生的钴元尖晶石/钴氮碳复合材料加入所述混合溶液a中，混合均匀后获得混合溶液b；
6、将所述混合溶液b转移至高压反应釜中，在100～160℃温度下反应2～6小时，再将得到的产物离心、洗涤、真空干燥处理后，得到铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料。
7、在一些实施例中，所述获得zif-67的步骤，包括：
8、将二价钴源溶于甲醇中，混合均匀，得到混合溶液c；其中，所述二价钴源与所述甲醇的摩尔体积比为(7～11)mmol：(100～150)ml；
9、将2-甲基咪唑溶于甲醇中，混合均匀，得到混合溶液d；其中，所述2-甲基咪唑与所述甲醇的摩尔体积比为(32～48)mmol：(100～150)ml；
10、将所述溶液d控制滴速，加入所述混合溶液c中，搅拌均匀后室温下静置一段时间，得到产物ⅰ；
11、将所述产物ⅰ用甲醇离心洗涤，60～80℃真空干燥10～12小时，得到干燥的二甲基咪唑钴，即所述zif-67。
12、在一些实施例中，所述二价钴源为硝酸钴，所述二价钴源与所述甲醇的摩尔体积比为9mmol：125ml。
13、在一些实施例中，所述2-甲基咪唑与所述甲醇的摩尔体积比为40mmol：125ml。
14、在一些实施例中，所述滴速为1～5ml·s-1，所述静置的时间为20～30小时。
15、在一些实施例中，所述用甲醇离心洗涤的次数为3次，60℃真空干燥10小时。
16、在一些实施例中，所述三价铁源：尿素：氟化铵：金属有机框架衍生的钴元尖晶石/钴氮碳复合材料：去离子水的固液比为(0～270)mg：(300～1200)mg：(37～370)mg：(120～600)mg：(10～70)ml。
17、在一些实施例中，所述三价铁源尿素：氟化铵：金属有机框架衍生的钴元尖晶石/钴氮碳复合材料：去离子水的固液比为67.5mg：600mg：148mg：240mg：35ml。
18、另一方面，本申请提供一种电催化剂，是由前述任意制备方法制备而成的铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料。
19、又一方面，本申请还提供一种电催化剂的应用，将前述铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料用作锌空气电池自驱动全分解水电催化剂。
20、本申请的制备方法温和可控，实用性强，且重现性好，对环境友好，并且原料来源广、成本低。依本申请公开的方法将zif-67在惰性气氛中高温处理，可以获得具有优异orr和oer活性的金属有机框架衍生的钴尖晶石/钴氮碳复合材料(co3o4@co-nc)，co3o4@co-nc是本申请生成最终电催化剂产物的前驱体。若没有这一步，只可能得到co-nc材料，就算通过铁诱导也得不到原位生长在菱形十二面体上的碳纳米管这样的结构，只能得到feco-nc这样的材料，进而得不到同时具有优异oer，orr和her性能的cofe2o4-
21、@co-n-c-700@cofe-ldh这样的最终产物。
22、本申请所制备的铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料具有较优异的三功能电催化性能，可应用于电解水制氢和锌空气电池领域。还可以进一步用于锌空气电池自驱动电解海水，进一步扩大其应用范围。
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1.一种电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述获得ZIF-67的步骤，包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二价钴源为硝酸钴，所述二价钴源与所述甲醇的摩尔体积比为9mmol：125mL。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述2-甲基咪唑与所述甲醇的摩尔体积比为40mmol：125mL。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述滴速为1～5mL·s-1，所述静置的时间为20～30小时。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将所述产物Ⅰ用甲醇离心洗涤的洗涤次数为3次，60℃真空干燥10小时。
7.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述三价铁源：尿素：氟化铵：金属有机框架衍生的钴元尖晶石/钴氮碳复合材料：去离子水的固液比为(0～270)mg：
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述三价铁源：尿素：氟化铵：金属有机框架衍生的钴元尖晶石/钴氮碳复合材料：去离子水的固液比为67.5m
9.一种电催化剂，其特征在于，是由权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备而成的铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料。
10.一种电催化剂的应用，其特征在于，将权利要求9所述的铁诱导金属有机框架衍生的钴铁二元尖晶石/钴铁层状双氢氧化物/钴氮碳复合材料用作锌空气电池自驱动全分解水电催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述获得zif-67的步骤，包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二价钴源为硝酸钴，所述二价钴源与所述甲醇的摩尔体积比为9mmol：125ml。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述2-甲基咪唑与所述甲醇的摩尔体积比为40mmol：125ml。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述滴速为1～5ml·s-1，所述静置的时间为20～30小时。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将所述产物ⅰ用甲醇离心洗涤的洗涤次数为3次，60℃真空干燥10小时。
7.如权利要求1或2所述...
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