【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能量存储与转化领域和纳米材料，具体涉及一种镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳助力高效orr/oer双功能催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、电化学能源转换和存储系统由于其较高的能量密度和可观的循环稳定性，近年来在电动汽车和智能电网中备受关注，如燃料电池、锂电池、金属空气电池等。其中锂离子电池在便携式电子产品和电动汽车的发展中最为成熟。然而目前三元锂电池的能密度在200-300wh/kg，已接近其能量密度极限(400wh/kg)。相比之下，锌空气电池由于其高理论能量密度（1086wh/kg）具备更好的发展前景而备受关注。当下，其瓶颈问题主要体现在稳定且高效双功能(oer/orr)氧电催化剂的选择。
2、目前，工业水平上的催化剂仍然依赖于贵金属催化剂，如铂族金属(pgm)，氧化钌(ruo2)，氧化铱(iro2)，但催化选择单一、成本高和耐久性差是阻碍他们大规模商业化的关键因素。因此，开发具有高催化活性和高稳定性以及低成本的替代品至关重要。过渡金属基催化剂由于低成本、高活性的优势，近几年逐渐走入研究人员的视野。其中铁基催化剂在氧还原反应理论计算的结果中是最有希望取代铂基催化剂的选择。
3、催化剂的性能也在很大程度上取决于碳基底的结构。石墨烯、碳纳米管、碳纳米片和碳基金属有机框架（mofs）已被广泛用作orr催化剂的碳载体。在这些材料中，mof或沸石咪唑酸盐框架（zifs）因其三维（3d）结构特征、大比表面积、固有的高孔隙率和强大的稳定性而成为最有效的基材之一。尽管近年来不断改进，但由于表面活性位点数
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于助力单一铁基单原子催化剂的氧还原性能进一步提高且克服其没有析氧性能和在碱性条件下循环稳定性不足。鉴于这些挑战和困难，提供一种引入第二金属源的策略打破铁单原子形成的用量封锁线，利用客体元素引导铁原子分散促进氧还原活性进一步提高，并借由合金颗粒改善催化剂的析氧活性耐久性。该方法具有设备要求低、反应条件易于控制、制备方法简单、功能齐全、高效廉价和稳定性好等优点。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、包括如下步骤：
4、s1：分别将镍盐、铁盐、锌盐和2-甲基咪唑混合后，与甲醇共混、室温下搅拌后，经离心、洗涤、干燥得到nife/zif-8粉末；
5、s2：将干燥好的前驱体粉末在惰性气体保护下850-1000℃退火1-3h后得到镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳orr/oer双功能催化剂。
6、所述的镍盐为六水硝酸镍、六水氯化镍或四水乙酸镍。
7、所使用的铁盐为乙酰丙酮铁。
8、所使用的锌盐为六水硝酸锌。
9、s2所述惰性气体为氮气、氩气或氦气的其中一种。
10、s2所述退火升温速率为2-10℃/min，升温至900℃，保温2h。
11、进一步的，将所述步骤s1中六水硝酸镍的使用量从0g调节至0.48g。
12、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
13、（1）本专利技术所述的orr/oer双功能电催化剂通过引入第二金属源同时促进析氧和氧还原性能，具有优异的氧还原（半波电位为0.924v）和析氧（过电位为370mv）活性。
14、（2）本专利技术通过同步制备金属单原子和合金颗粒共存的催化剂，利用合金颗粒辅助单原子提高其稳定性，催化剂经过计时电流法测试后氧还原半波电位仅衰退7mv，将所述催化剂组装成液态锌空气电池可以稳定运行2230h。
15、相较于具有单一orr活性的铁单原子（e1/2=0.89v）催化剂表现出令人惊讶的性能，氧还原反应半波电位可以高达0.924v，极限电流密度可以可达6.22ma/cm2，同时改善了oer活性（10ma/cm2时过电位为370mv）。
16、将其应用于液态电池，开路电压高达1.55v，峰值功率密度可达202mw/cm2，具有优异的充放电稳定性（可循环6690周次及以上）。组装的准固态电池峰值功率密度高达495mw/cm2，可循环165周次以上。
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1.一种镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳ORR/OER双功能催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳ORR/OER双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为六水硝酸镍、六水氯化镍或四水乙酸镍。
3.根据权利要求1所述的镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳ORR/OER双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所使用的铁盐为乙酰丙酮铁。
4.根据权利要求1所述的镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳ORR/OER双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所使用的锌盐为六水硝酸锌。
5.根据权利要求1所述的镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳ORR/OER双功能催化剂的制备方法，其特征在于，S2所述惰性气体为氮气、氩气或氦气的其中一种。
6.根据权利要求1所述的镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳ORR/OER双功能催化剂的制备方法，其特征在于，S2所述退火升温速率为2-10℃/min，升温至900℃，保温2h。
【技术特征摘要】
1.一种镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳orr/oer双功能催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳orr/oer双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为六水硝酸镍、六水氯化镍或四水乙酸镍。
3.根据权利要求1所述的镍铁合金和铁单原子氮掺杂碳orr/oer双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所使用的铁盐为乙酰丙酮铁。
4.根据权利要求1所述的镍铁...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙小华，黄诗健，陈挺，孙盼盼，吕小伟，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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