【技术实现步骤摘要】
本公开涉及电催化氧化还原，尤其涉及一种空位增强的锑-氮-碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锌-空气电池具有能量密度高、安全性高和环境友好的优势，被视为最具发展潜力的能源存储装置之一。发生在阴极的氧还原反应涉及到多电子的转移过程，动力学缓慢，已成为锌-空气电池发展的瓶颈。单原子催化剂具有极高的金属原子利用率、明确的活性位点、均匀的活性中心和金属与载体间的强交互作用等优点，是一种重要的氧还原催化材料。目前研究的单原子催化剂主要集中在过渡金属，如fe，co，mn等。这些催化剂虽然表现出良好的orr活性，但电化学过程中发生的芬顿反应导致其催化位点易失活，不利于实际应用。相比之下，p区金属在催化过程中几乎不发生芬顿反应，具有较高的电化学稳定性。此外，p区金属原子的p轨道能与o2分子的p轨道杂化，使o2分子的π*反键轨道下移，有利于降低反应能垒。尽管如此，p区金属单原子催化剂的orr活性与过渡金属单原子催化剂相比仍有一定的差距，这是由于其本征催化活性较低。由于单原子催化剂金属-载体间的强交互作用，在基底上引入空位来调节单原子位点的电子结构，是提升p区金属催化活性的有效策略。本公开设计制备了一种空位增强的锑-氮-碳复合材料，碳空位的引入优化了锑单原子位点的电子结构，大幅提升了其本征催化活性，从而表现出优异的电化学性能。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种空位增强的锑-氮-碳复合材料及其制备方法和应用。
2、根据本公开的第一方面，提供了一种空位增
3、a、通过水浴加热法制备三氧化二锑/三聚氰胺-氧化石墨sb2o3/melamine-go前驱体，将三聚氰胺c3h6n6溶解于甲醛溶液中，将该混合溶液置于水浴锅中持续搅拌，得到的澄清溶液记为a；将sbcl3溶解于乙二醇的水溶液，随后加入go溶液，用磁力搅拌器搅拌均匀后进行超声处理，得到的均匀悬浊液记为b；将a与b混合后置于水浴锅中持续搅拌；随后进行离心，清洗，干燥，得到的灰色粉末即为sb2o3/melamine-go前驱体；
4、b、通过退火制备空位增强的锑-氮-碳复合材料sbsa-n-c，将所述sb2o3/melamine-go前驱体置于管式炉中，在ar气氛下保温，即转化为sbsa-n-c。
5、优选地，步骤a中取所述c3h6n6 1～3g溶解于30～50ml 0.3％～0.5％的所述甲醛溶液中，所述混合溶液是置于70～90℃的所述水浴锅中，搅拌时间20～40min。
6、优选地，步骤a中取所述sbcl3 1～3g溶解于30～50ml的所述乙二醇水溶液中，所述超声处理时间为10～30min。
7、优选地，步骤a中的所述水浴锅设置为70～90℃，搅拌时间为5～7h。
8、优选地，步骤b中所述保温温度为800～1000℃，保温时间为2～4h。
9、根据本公开的第二方面，提供了一种空位增强的锑-氮-碳复合材料。
10、根据本公开的第三方面，提供了一种空位增强的锑-氮-碳复合材料作为催化剂在电化学测试中的应用。
11、优选地，所述空位增强的锑-氮-碳复合材料作为催化剂在电化学测试中的应用，包括以下步骤：
12、a、先将4～6mg sbsa-n-c催化剂分散在0.8～1.2ml水/异丙醇/萘酚溶液中，超声40～60min，得到催化剂墨汁溶液，取出10～20μl滴在玻碳电极上，在室温下干燥，形成均匀的催化剂薄膜；
13、b、电化学测试在一个标准的三电极测试系统中进行，其中步骤a中制备的电极作为工作电极，碳棒电极作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，浓度为0.05～0.15m的o2饱和koh溶液作为电解液；
14、c、用所述sbsa-n-c作为工作电极在ivium-n-stat电化学工作站上进行测试，循环伏安曲线测试时，相对于可逆氢电极的电势扫描范围为0.2～1.1v，扫描速度为50mv s-1；极化曲线测试在旋转速度为1600rpm的旋转圆盘电极上进行，相对于可逆氢电极的电势扫描范围为0.3～1.1v，扫描速度为10mv s-1；过氧化氢产率及转移电子数在旋转速度为1600rpm的旋转环盘电极上进行，相对于可逆氢电极的电势扫描范围为0.3～1.1v，所施加的环电压为1.5v；计时电流测试在相对于可逆氢电极的电势为0.7v的条件下进行，持续时间为60000s。
15、根据本公开的第四方面，提供了一种空位增强的锑-氮-碳复合材料作为阴极在锌-空气电池测试中的应用。
16、优选地，所述空位增强的锑-氮-碳复合材料作为阴极在锌-空气电池测试中的应用，包括以下步骤：
17、a、先将9～11mg sbsa-n-c催化剂分散在0.8～1.2ml乙醇/萘酚溶液中，超声40～60min，得到催化剂墨汁溶液，取出90～110μl滴在碳纸/疏水层/泡沫镍复合电极上，有效面积为0.5～1.5cm-2，在室温下干燥，形成均匀的催化剂薄膜；
18、b、锌-空气电池性能测试在一个标准的双电极测试系统中进行，其中步骤a中制备的复合电极作为阴极，0.4～0.6mm的锌片作为阳极，浓度为5～7m的koh和0.1～0.3m的zn(ch3coo)2混合溶液作为电解液；
19、c、用所述复合电极作为工作电极在ivium-n-stat电化学工作站上进行测试，极化曲线测试时，相对于可逆氢电极的电势扫描范围为1.5～0.2v，扫描速度为5mv s-1；倍率曲线测试时，放电电流密度分别为2，5，10，25，50和2ma cm-2，每个电流密度的持续时间为20min；放电曲线测试是在电流密度为10ma cm-2的条件下进行；循环稳定性测试是在电流密度为5ma cm-2的条件下进行，充放电一圈为10min(充放电时间均为5min)，持续1200圈。
20、本公开技术方案的有益效果：
21、本公开提供的一种空位增强的锑-氮-碳复合材料及其制备方法和应用。该复合材料结合水浴加热法和退火法制得，呈现出均匀分布的锑单原子，为电化学反应提供了大量的活性位点。同时，该复合材料中丰富的碳空位优化了锑单原子位点的电子结构，大幅提升了其本征催化活性，进而改善了催化性能，表现出超过商用pt/c的orr催化活性以及锌-空气电池性能。该复合材料作为氧还原催化剂以及锌-空气电池阴极具有良好的应用前景。本公开还可以拓展到其它催化剂的设计，为发展高效的电催化剂提供了新的思路。
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1.一种空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的制备方法得到的空位增强的锑-氮-碳复合材料。
7.根据权利要求6所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料作为催化剂在电化学测试中的应用。
8.根据权利要求7所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料作为催化剂在电化学测试中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求6所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料作为阴极在锌-空气电池测试中的应用。
10.根据权利要求9所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料作为阴极在锌-空气电池测试中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的空位增强的锑-氮-碳复合材料的制备方法，其特征在于，
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的制备方...
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