【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极材料，尤其涉及一种碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法。
技术介绍
1、随着全球能源危机和环境问题的加剧，可再生、清洁和可持续能源的需求空前高涨。锌-空气电池，特别是可充电形式的，由于其极高的理论能量密度，代表了最有前途的可再生能源存储技术之一。然而在进行复杂的多电子氧化还原过程时，空气正极发生的关键氧还原反应(orr)和析氧反应(oer)存在动力学迟缓和较大过电位的问题，导致电池能量密度有限、效率低、循环寿命短。目前，pt及其合金是公认的最好的orr电催化剂，但对oer催化效率不高，ir和ruo2具有优异的oer活性，但orr活性较差，这些贵金属的高成本和稀缺性阻碍了它们的广泛商业化。因此，迫切需要开发储量丰富、耐用、高效的双功能催化剂电极，以加快氧还原和动力学过程，达到能源的高效转换。
2、另外，通常空气正极的制备方法是使用粘结剂将催化剂固定到导电基底上，这会增加电极的内阻，且极易阻塞反应的活性位点。更为重要的是，这种后续粘连的方法很难保证催化剂在长期循环过程中不会脱落，进而导致电池性能的下降。而解决上述问题最为有效的方法之一是构建自支撑电极，在导电的基底上原位构筑具有双功能氧催化活性的材料，既有利于物质传输、降低欧姆极化和扩散极化，也有利于稳定气、固、液三相反应界面。
技术实现思路
1、为解决本专利技术提出的技术问题，本专利技术提供一种碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法。
2、本专利技术提供的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法包括如下步
3、步骤一、将一定尺寸的的金属网在有机溶液中超声处理去除表层的有机涂层，然后在酸类溶液中超声除去表层的氧化物杂质，随后使用蒸馏水清洗后干燥；
4、步骤二、将清洗后的金属网表面均匀包覆一定量的含氮高分子有机化合物，随后将处理后的金属网置于瓷舟中，在管式炉中以一定气氛和温度进行退火处理；
5、步骤三、将步骤二预处理后的金属网放于三电极电解池中，使用一定浓度的多种金属盐混合溶液作为电解液，进行分步电沉积反应，随后将金属网清洗后进行干燥处理；
6、步骤四、将步骤三所获得的金属网在空气气氛下进行氧化处理，得到生长有金属氧化物阵列的原位碳纳米管自支撑氧催化剂。
7、进一步地限定，步骤一中金属网材料为铜网、镍网、钛网、铂网、不锈钢网、铁网；更优选为不锈钢网和铁网。
8、进一步地限定，步骤一中有机溶液为酮类，如丙酮、丁酮等。
9、进一步地限定，步骤一中酸类溶液为稀盐酸或稀硝酸，其浓度为0.5m～1m。
10、进一步地限定，步骤一中超声处理时间为5～20min；优选为10min。
11、进一步地限定，步骤二中金属网材料为不锈钢网200～700目，更优选为300～500目。
12、进一步地限定，步骤二中有机化合物为双氰胺，聚丙烯腈、三聚氰胺和尿素。
13、进一步地限定，步骤二中包覆处理过程为将金属网材料置于含氮高分子有机化合物粉末下游、含氮高分子有机化合物膏体覆盖或含氮高分子有机化合物粉末覆盖；优选为含氮高分子有机化合物膏体覆盖，其溶剂为去离子水、乙醇或dmf（n,n-二甲基甲酰胺），更优选为乙醇溶液；含氮高分子有机化合物与溶剂的质量比为1:(10～25)，优选为1:(10～20)，更优选为1:(15～20)；随后在40℃～70℃条件下真空干燥10h～12h。
14、进一步地限定，步骤二中气氛为惰性气体，如氩气、氮气或氮气和氩气的混合气，更优选为氮气。
15、进一步地限定，步骤二中退火处理中升温速度为2℃～5℃/min，保温温度为600℃～1000℃，保温处理时间为1h～4h，气氛为氮气，气流速率控制在5～25ml/min；更优选升温速度为5℃/min，保温温度为700℃～900℃，保温处理的时间为2h～3h，气流速率控制在10～25ml/min。
16、进一步地限定，步骤三中，金属盐溶液为（fe、co、ni、mn等）过渡金属的乙酸盐溶液或硝酸盐溶液；溶剂为去离子水或去离子水与乙醇的混合液，溶液浓度为0.05m～0.25m；更优选溶剂为去离子水，浓度为0.1m～0.15m。
17、进一步地限定，步骤三中多步电沉积为恒电位沉积，沉积电位为-0.5v～-1.5v，沉积时间为60s～600s，优选为120s～420s，更优选沉积电位-0.5v～-1v，沉积时间240s～420s。
18、进一步地限定，步骤三中干燥处理在40℃～50℃的条件下干燥9h～12h。
19、进一步地限定，步骤四中的氧化处理中升温速度为2℃～5℃/min，保温温度为300℃～600℃，保温时间为1h～4h；更优选升温速度为2℃/min，保温温度为300℃～400℃，保温时间为2h～4h。
20、上述制备方法制备得到的多金属氧化物阵列的原位碳纳米管自支撑氧催化剂在锌-空气电池的空气正极材料中得到应用。
21、与相关技术相比较，本专利技术提供的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法具有如下有益效果：
22、本专利技术提供一种碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法：
23、本专利技术提供了一种以金属网为基底原位生长碳纳米管金属氧化物催化剂阵列的方法，首先通过三聚氰胺均匀包覆金属网提供纳米管生长所需的氮源和碳源，在高温条件下催化氮掺杂碳纳米管从金属网衬底中萌发，所制备出管径均匀的碳纳米管交织包覆在基底纤维上，随后通过电沉积与退火技术构筑长有双金属氧化物阵列的原位碳纳米管自支撑氧扩散电极，该电极结合了金属网本身以及原位生长的氮掺杂碳纳米管的的高导电性，同时具有三维分级结构及丰富的多尺度孔，可以提供丰富的催化活性位点；
24、本专利技术所制备的多金属氧化物阵列/碳纳米管自支撑氧扩散电极不仅具有优异的orr/oer催化活性，并且直接作为锌-空气电池的空气正极还可保证电池的高输出电压和循环稳定性，具有代替已商业化使用贵金属复合催化剂的巨大潜力。
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1.一种碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中金属网材料为铜网、镍网、钛网、铂网、不锈钢网、铁网；更优选为不锈钢网和铁网。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中有机溶液为酮类，如丙酮、丁酮等。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中酸类溶液为稀盐酸或稀硝酸，其浓度为0.5M～1M。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中超声处理时间为5～20min；优选为10min。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中金属网材料为不锈钢网200～700目，更优选为300～500目。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中有机化合物为双氰胺，聚丙烯腈、三聚氰胺和尿素。
8.根
9.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中气氛为惰性气体，如氩气、氮气或氮气和氩气的混合气，更优选为氮气，所述步骤二中退火处理中升温速度为2℃～5℃/min，保温温度为600℃～1000℃，保温处理时间为1h～4h，气氛为氮气，气流速率控制在5～25mL/min；更优选升温速度为5℃/min，保温温度为700℃～900℃，保温处理的时间为2h～3h，气流速率控制在10～25mL/min。
10.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，金属盐溶液为（Fe、Co、Ni、Mn等）过渡金属的乙酸盐溶液或硝酸盐溶液；溶剂为去离子水或去离子水与乙醇的混合液，溶液浓度为0.05M～0.25M；更优选溶剂为去离子水，浓度为0.1M～0.15M；
...【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中金属网材料为铜网、镍网、钛网、铂网、不锈钢网、铁网；更优选为不锈钢网和铁网。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中有机溶液为酮类，如丙酮、丁酮等。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中酸类溶液为稀盐酸或稀硝酸，其浓度为0.5m～1m。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤一中超声处理时间为5～20min；优选为10min。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中金属网材料为不锈钢网200～700目，更优选为300～500目。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中有机化合物为双氰胺，聚丙烯腈、三聚氰胺和尿素。
8.根据权利要求1所述的碳纳米管自支撑氧扩散电极的制备方法，其特征在于，所述步骤二中包覆处理过程为将金属网材料置于含...
【专利技术属性】
技术研发人员：于鹏，牟琳，王颖，苍睿柏，张明义，
申请(专利权)人：哈尔滨师范大学，
类型：发明
国别省市：
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