【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学储能材料，具体涉及一种氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料及其制备方法、应用。
技术介绍
1、过度依赖化石燃料加剧了能源危机，导致环境污染，促使人们努力研究更可持续和高效的能源转换和储存设备，如燃料电池和金属-空气电池。开发高效的双功能氧电催化剂，包括氧还原反应(orr)和氧析出反应(oer)，以促进慢速反应动力学，以优化这种可持续能源技术的效率。贵金属电催化剂，如pt和ruo2，被广泛认为具有更好的催化活性，然而，它们的高价格和低耐久性阻碍了它们的广泛商业应用。因此，新型的可充电金属-空气电池需要低成本的替代品，兼具有优异的氧电催化活性和高稳定性。
2、在各种非贵金属催化剂中，金属氮碳化合物(me/nx/c,me＝v,cr,fe,co,ni)因其高催化活性与低廉的成本被认为是具有研究价值的双功能催化剂，但其电催化活性与贵金属催化剂相比仍有一定的差距，这在很大程度上受实验条件，如：反应前驱体、热解过程条件和后处理等所影响，从而影响催化活性位点的数量与可及性、电活性物质传输过程以及碳母体中的氮掺杂量。金属有机骨架(mofs)因其丰富有序的三维孔道结构、密集分布的金属节点与高氮量而被用作牺牲型模板来制备me/nx/c催化剂。
3、相关研究进展显著，目前未解决的主要困难是mofs通常金属含量过高，高温(>700℃)热解会导致金属原子团聚，形成较大尺寸的金属单质、金属氧化物或碳化物的聚集颗粒，致使大部分金属原子未被有效利用，无法形成高密度原子分散menx活性位点。而原子分散的menx
4、因此，如何在mofs热解过程中形成高密度、高度原子分散的menx活性位点，同时构建大量内部连通孔道，以获得高性能me/nx/c催化剂，目前仍然是材料开发领域的一个巨大挑战。
技术实现思路
1、基于上述表述，本专利技术提供了一种氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料及其制备方法、应用，以解决金属原子团聚和mofs孔道结构坍塌问题，形成高度原子分散活性位点，提供一种工艺简单的主客体空间限域方法制备co3fe7纳米合金颗粒限域在三维多孔碳中的复合材料。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料的制备方法，包括：
4、步骤1、将对苯二甲酸和fecl3·6h2o溶解于二甲基甲酰胺溶液中，并向其中滴加naoh溶液，得到澄清溶液；
5、步骤2、将所述澄清溶液进行溶剂热反应，收集产物，将所述产物于乙醇中浸泡充分，抽滤得到最终产物铁基金属有机框架，冻干；
6、步骤3、将步骤2得到的所述铁基金属有机框架与卟啉钴分别分散于二甲基甲酰胺溶液中，分别得到铁基金属有机框架分散液和卟啉钴溶液；将所述卟啉钴溶液逐滴加入所述铁基金属有机框架分散液中，搅拌均匀后离心收集沉淀、干燥，得到沉淀物；
7、步骤4、将所述沉淀物与尿素混合煅烧处理，即得黑色的三维多孔氮掺杂碳限域co3fe7纳米合金颗粒复合材料。
8、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
9、进一步的，在步骤1中，对苯二甲酸的用量为5～10mmol；fecl3·6h2o的用量为5～10mmol；二甲基甲酰胺溶液的用量为45～55ml；
10、naoh的浓度为2mol/l，用量为2～5ml。
11、进一步的，在步骤3中，铁基金属有机框架用量为40～60mg；卟啉钴的用量为30～80mg。
12、进一步的，在步骤4中，所述尿素的用量为300～500mg。
13、进一步的，步骤2中的溶剂热反应的温度为100～140℃，时间为8～14小进一步的，步骤2中所述收集产物之后还包括：用二甲基甲酰胺和乙醇对所述产物进行洗涤处理。
14、进一步的，步骤4中的所述将所述沉淀物与尿素混合煅烧处理，具体包括：
15、将所述沉淀物与所述尿素混合后，置于ar气氛下煅烧2～4h。
16、进一步的，于ar气氛下煅烧的煅烧温度为600～1000℃。
17、第二方面，本专利技术还提供一种根据第一方面所述的制备方法制备的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料。
18、第三方面，本专利技术还提供一种第二方面所述的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料作为氧还原和氧析出电催化剂和作为可充放电锌空气电池阴极材料的应用。
19、与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：
20、本专利技术提供的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料的制备方法将孔径与分子大小相匹配的主体mof材料以及具有潜在活性的me2nx位点的金属有机小分子客体结合，可控合成具有高密度高分散双金属原子活性位点的双功能电催化剂。
21、利用mofs独特的空腔-孔结构优势，作为主体模板封装金属前驱体(客体分子)，不仅能利用孔道有效孤立金属前驱体以避免热解过程中金属团聚和快速氧化，并且金属客体在主体腔内也能起到支撑孔道结构的作用，防止热解导致结构坍塌。为了增加活性位点数量(密度)，提高催化剂的本征催化活性，可采取构建双金属原子活性位点策略，利用相邻活性位点之间的协同效应。因此，本专利技术中采用主客体空间限域方法来制备得到三维多孔氮掺杂碳限域co3fe7纳米合金颗粒复合材料。
22、相较于现有技术，本专利技术提供的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料及其制备方法、应用，具有以下优点:
23、1、利用主客体空间限域策略以及构建双金属原子活性位点策略，有效解决me/nx/c催化剂活性受限的关键问题，构筑出具有高密度双金属原子活性中心的高效氧还原电催化体系；
24、2、通过调整主客体比例、金属/配体类型等条件，丰富主客体限域型前驱体的多样性，以便后续可高效筛选制备高活性me/nx/c氧还原催化剂的最佳前驱体；
25、3、产物三维多孔氮掺杂碳限域co3fe7纳米合金颗粒复合材料作为金属空气电池阴极材料表现出高容量和优异的循环稳定性。
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1.一种氮掺杂碳限域Co3Fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域Co3Fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1中，对苯二甲酸的用量为5～10mmol；FeCl3·6H2O的用量为5～10mmol；二甲基甲酰胺溶液的用量为45～55mL；
3.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域Co3Fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤3中，铁基金属有机框架用量为40～60mg；卟啉钴的用量为30～80mg。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域Co3Fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤4中，所述尿素的用量为300～500mg。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域Co3Fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中的溶剂热反应的温度为100～140℃，时间为8～14小时。
6.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域Co3Fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述收集产物之后还包括：用二甲基甲酰胺和乙醇对所述产物进行洗涤处理。<...
【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤1中，对苯二甲酸的用量为5～10mmol；fecl3·6h2o的用量为5～10mmol；二甲基甲酰胺溶液的用量为45～55ml；
3.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤3中，铁基金属有机框架用量为40～60mg；卟啉钴的用量为30～80mg。
4.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤4中，所述尿素的用量为300～500mg。
5.根据权利要求1所述的氮掺杂碳限域co3fe7合金颗粒复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中的溶剂热反应的温度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘易斯，李宗旭，曾永航，杜岳，周建清，周丽娜，熊东彬，
申请(专利权)人：湖北师范大学，
类型：发明
国别省市：
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