【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料科学及电催化，具体涉及一种中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂及其制备方法和应用，特别是在锌空气电池中的应用。
技术介绍
1、电化学水分解的优点是将再生能源转化为纯净的氢气和氧气，实现高效的能量转化和多样化应用。然而相比于析氢反应，由于动力学上反应缓慢的限制，析氧反应(oer)更加困难。因此开发一种高效的oer催化剂来加快反应速率，降低反应所需要的电压也就至关重要。目前常用的商业催化剂有iro2和ruo2具有高催化活性、耐腐蚀性、高稳定性和成本效益，适用于电化学水分解和其他电化学反应。然而由于其高昂的价格、有限的储量以及不稳定的结构，导致其在电解水催化剂领域的发展和大规模的应用受到了严重限制。因此，迫切的需要开发储量丰富，造价低廉，高效析氧，高稳定的的电解水催化剂。
2、地球上存在丰富的过渡金属元素co、fe、ni、cu、mn等，这些元素可以形成过渡金属基材料，如金属氧化物、金属硫化物、磷化物和氢氧化物等。近年来，人们对这些材料进行了深入的研究，希望能够用它们来取代传统的贵金属基催化剂，成为高效的电解水析氧和析氢催化剂。
3、其中，co、fe、ni等基于过渡金属的化合物作为氧进化反应(oer)催化剂在碱性电解质中被广泛研究。然而，目前报道的钴铁体系类材料的合成方法存在一些局限性，比如工艺复杂、成本高、能耗大等问题。此外，这些材料的导电性较差，活性位点较少且活性较低，使得它们与贵金属材料竞争的能力不足。
4、因此，研究人员需要进一步改进合成方法，提高过渡金属基材料的导电性，增
5、基于上述理由，特提出本申请。
技术实现思路
1、鉴于上述问题和缺陷，本专利技术的目标是提供一种新的解决方案，即提供一种中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂及其制备方法和应用。这种催化剂通过硫分子包裹钴铁合金，形成一种中空蛋黄结构催化剂。
2、换句话说，本专利技术的中空蛋黄结构可以提供更大的表面积和活性位点，从而增强催化剂的反应活性和选择性。本专利技术通过设计和制备这种催化剂，可以改善现有技术钴铁基催化剂的导电性、活性位点数量和活性位点的活性，调控孔径和孔洞结构从而提高其在电解水析氧和析氢反应中的催化性能，并且应用在锌空气电池上，改善其稳定性。
3、本专利技术中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂的研究和应用有望为替代传统的贵金属基催化剂提供一种高效、低成本的解决方案，促进电化学和电催化领域的发展。
4、在本专利技术中，专利技术人采用了一种简单节能的水热法与cvd化学气相沉积法合成了一种中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂，形成了稳定的结构。由于其中空蛋黄结构，这种结构可以提供更大的表面积和活性位点，从而增强催化剂的反应活性和选择性。由于其空腔的存在，催化剂的活性位点可以受到良好的保护，不易受到氧气、水汽等环境气体的腐蚀和破坏，从而增强其稳定性。
5、为了实现本专利技术的上述第一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：
6、一种中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂，所述催化剂化学组成具体为cofe/co-fe-s，所述催化剂为具有核壳结构的纳米球，其中：钴铁合金为核，钴铁硫化物为壳，构成中空蛋黄结构。
7、本专利技术的第二个目的在于提供上述所述中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
8、(1)按配比将二价金属钴盐、二价金属铁盐和表面活性剂混合，然后加入混合溶剂，将所得混合物置于65-95℃条件下恒温搅拌反应5-20min；然后向反应体系中加入无机碱，继续在65-95℃条件下恒温并持续搅拌反应20-60min；再向反应体系中加入水合肼，在65-95℃条件下恒温搅拌反应1-4h；反应结束后，冷却至室温，将所得产物抽滤、洗涤，干燥，得到钴铁合金前驱体；其中：所述混合溶剂由乙二醇和去离子水组成；
9、(2)按配比将步骤(1)所述钴铁合金前驱体和硫源分别置于管式炉下游和上游的两个坩埚中；然后将管式炉以5-10℃/min的速率加热至300-900℃在惰性气体氛围下保温1-10小时，再自然降至室温，获得所述中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂。
10、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述二价金属钴盐可以为氯化钴、醋酸钴或硝酸钴等中的任意一种或多种。
11、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述二价金属铁盐可以为二氧化铁、亚硝酸亚铁或硫酸亚铁等中的任意一种或多种。
12、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化胺、聚乙氧基辛醇中的任意一种。
13、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与所述表面活性剂的质量比为(1～10)mmol：(0.1～1)g。
14、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与混合溶剂的用量比为(1～10)mmol：(50～100)ml。
15、进一步地，上述技术方案，所述二价金属钴盐、二价金属铁盐的摩尔比为4：1。
16、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述乙二醇和去离子水的体积比为4:1。
17、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与所述无机碱的质量比为(1～10)mmol：(3～10)g。
18、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
19、进一步地，上述技术方案，步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与水合肼的体积比为(1～10)mmol：(3～15)ml。
20、进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述硫源为硫化钠、硫化氢、硫粉等中的任意一种或者多种。
21、进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述钴铁合金前驱体与硫源的质量比为(1：5.25)～(1：12.25)。即当所述前驱体和硫源的质量比为1：5.25～1：12.25时可制备不同硫化程度的钴铁硫化物。例如可以为1：5.25、1：7、1：8.75、1：10.5、1：12.25等，但质量比例为1：8.75时性能最优。
22、进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述惰性气体为氮气或者氩气。
23、本专利技术的第三个目的在于提供上述所述中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂在催化电解水产氧气反应中的应用。
24、一种用于催化电解水产氧气的催化剂，所述催化剂包括本专利技术上述所述的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂。
25、本专利技术的第四个目的在于提供上述所述中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂在锌空气电池产氧气中的应用。
26、一种用于锌空气电池产氧气的催化剂，所述催化剂包括本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂，其特征在于：所述催化剂化学组成具体为CoFe/Co-Fe-S，所述催化剂为具有核壳结构的纳米球，其中：钴铁合金为核，钴铁硫化物为壳，构成中空蛋黄结构。
2.权利要求1所述的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与所述表面活性剂的质量比为(1～10)mmol：(0.1～1)g。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述二价金属钴盐、二价金属铁盐的摩尔比为4：1。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与水合肼的体积比为(1～10)mmol：(3～15)mL。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述钴铁合金前驱体与硫源的质量比为(1：5.25)～(1：12.25)。
7.权利要求1所述的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复
8.一种用于催化电解水产氧气的催化剂，其特征在于：所述催化剂包括权利要求1所述的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂或权利要求2-6任一项所述方法制备的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂。
9.权利要求1所述的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂或权利要求2-6任一项所述方法制备的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂在锌空气电池产氧气中的应用。
10.一种用于锌空气电池产氧气的催化剂，其特征在于：所述催化剂包括权利要求1所述的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂或权利要求2-6任一项所述方法制备的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂，其特征在于：所述催化剂化学组成具体为cofe/co-fe-s，所述催化剂为具有核壳结构的纳米球，其中：钴铁合金为核，钴铁硫化物为壳，构成中空蛋黄结构。
2.权利要求1所述的中空蛋黄结构钴铁合金/硫化物复合催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与所述表面活性剂的质量比为(1～10)mmol：(0.1～1)g。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述二价金属钴盐、二价金属铁盐的摩尔比为4：1。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述二价金属钴盐和二价金属铁盐的总摩尔用量、与水合肼的体积比为(1～10)mmol：(3～15)ml。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：进一步地，上述技术方案，步...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，邓云龙，王浩，万厚钊，马国坤，汪汉斌，张军，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：
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