【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化材料，具体涉及一种纳米多孔高熵硫化物催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂-氧气电池具有高能量密度、低成本、环境友好等优点，理论能量密度高达3505wh kg-1，因此被认为是未来最具有潜力的下一代储能电池体系。可充电的锂-氧气电池放电过程中的电化学原理是阳极端的锂金属与阴极端的氧气发生氧化还原反应生成锂氧化物(过氧化锂)，并释放出电能；而它的充电过程电化学原理是阴极端的锂氧化物被电化学分解，分别在阳极和阴极生成金属和氧气。然而，由于多种极化(包括欧姆极化、浓差极化和电化学极化)的存在，导致锂-氧气电池的能量转化效率不够理想，放电比容量较低、充电电压高。为了提高电池的能量转换效率，减小充/放电的电压极化，同时提高电池的放电比容量，迫切需要研发出在阴极一端使用的具有氧气还原反应(orr)和氧气析出反应(oer)双功能高催化活性的催化剂。
2、高熵合金(heas)是由5种或5种以上原子比相似的金属组成，由于具有特殊的物理化学性质，包括晶格畸变效应、缓慢扩散效应和鸡尾酒效应，heas在催化领域显示出巨大的潜力，众多的元素组合赋予了heas电子结构和活性位点的多样性，使heas适用于各种类型电催化领域和可充电金属-空气电池领域。此外，由于不同金属元素之间的协同相互作用，可以显著优化催化反应过程中中间体的点对点电子转移和吸附能，有利于降低氧化还原能垒。高熵催化剂因其具有多种金属元素，它有着组分调节空间巨大，熵效应独特以及材料性能可调控，可以提供更多的活性位点，是锂-氧气电池正极催化剂最有潜力候选者之一
3、目前所报道的高熵类材料(包括高熵合金、高熵氧化物)存在导电性较差、用作锂-氧气电池正极催化剂活性差等问题，电池放电比容量难以达到10000mah g-1，长时间的循环不稳定，并且制作方法复杂，对于工艺和设备要求过高。因此，通过设计简单的制备方法，制备形成单相的纳米多孔高熵硫化物，是高熵硫化物催化剂材料作为锂-氧气电池电催化剂的研究重点和难点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的问题和不足，提供一种纳米多孔高熵硫化物催化剂及其制备方法和应用。
2、为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
3、一种纳米多孔高熵硫化物催化剂，其分子式为(cofenimncu)9s8；所述的高熵硫化物为单相结构，单个颗粒直径为300～500nm，且颗粒内部具有丰富的多孔结构。
4、为达到上述目的，本专利技术采取的另一技术方案如下：
5、一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)水凝胶材料的制备：
7、按金属盐的质量/去离子水的容积比为1:(11.50～13.00)g ml-1，将金属盐溶解于去离子水中搅拌均匀；再按海藻酸钠的质量/去离子水的容积比为1:(65.00～96.00)g ml-1，将海藻酸钠均匀地分为多份，依次加入去离子水中充分搅拌均匀；按容积比金属盐溶液:海藻酸钠溶液为1:(0.8～1.2)，将金属盐溶液倒入海藻酸钠溶液中搅拌均匀，获得水凝胶；
8、(2)干凝胶材料的制备：
9、将步骤(1)制得的水凝胶倒入培养皿中密封，放入冰箱冷冻，把冷冻好的水凝胶放到真空冷冻干燥机中，冷冻干燥得到干凝胶；
10、(3)纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备：
11、按质量比干凝胶:硫脲为1:(0.60～0.82)，在干凝胶中加入硫脲混合，充分研磨，将混合物在管式炉氮气气氛下进行低温硫化反应，研磨得到硫化物前驱体；按硫化物前驱体的质量/混合溶液的容积比为1:(24.50～27.80)g ml-1，将硫化物前驱体分散到酒精与去离子水混合溶液中充分搅拌均匀，并使用超声波仪器超声分散使物质充分融合，将产物离心清洗至少两次后烘干；将烘干的材料在管式炉氮气气氛下进行高温煅烧反应，研磨得到目标催化剂。
12、进一步，步骤(1)中所述金属盐按质量百分比计，由(25％～34％)的七水合硫酸钴(coso4·7h2o)、(3％～5％)的一水合硫酸锰(mnso4·h2o)、(23％～30％)的六水合硫酸镍(niso4·6h2o)、(24％～30％)的六水合氯化铁(fecl3·6h2o)、(10％～16％)的二水合氯化铜(cucl2·2h2o)组成。
13、进一步，步骤(1)中所述海藻酸钠均匀地分为6～10份。
14、进一步，步骤(1)中所述将金属盐溶液倒入海藻酸钠溶液中搅拌均匀，搅拌时间为3～6h。
15、进一步，步骤(2)中所述冰箱冷冻，温度为-18℃，时间为12～24h，冷冻干燥，温度为-55℃，真空度15pa，时间为24～36h。
16、进一步，步骤(3)中所述低温硫化反应的温度为350℃，时间为1h。
17、进一步，步骤(3)中所述酒精与去离子水混合溶液按容积比为1:2。
18、进一步，步骤(3)中所述离心清洗为离心机高速离心清洗，转速为7000～8000转/分，时间为4～5分钟。
19、进一步，步骤(3)中所述烘干为烘箱鼓风干燥，温度为40℃，时间为24h。
20、进一步，步骤(3)中所述高温煅烧反应的温度为790～810℃，反应时间为1h。
21、为达到上述目的，本专利技术采取的第三个技术方案如下：
22、一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的应用，其特征在于，用作锂-氧气电池的正极催化剂。
23、为达到上述目的，本专利技术采取的第四个技术方案如下：
24、一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的应用的方法，其特征在于，按质量比将高熵硫化物催化剂与导电碳黑、聚四氟乙烯以(6～10)︰本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米多孔高熵硫化物催化剂，其特征在于，所述纳米多孔高熵硫化物催化剂分子式为(CoFeNiMnCu)9S8；所述的高熵硫化物为单相结构，单个颗粒直径为300～500nm，且颗粒内部富含多孔结构。
2.一种根据权利要求1所述的纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属盐按质量百分比计，由(25％～34％)的七水合硫酸钴、(3％～5％)的一水合硫酸锰、(23％～30％)的六水合硫酸镍、(24％～30％)的六水合氯化铁、(10％～16％)的二水合氯化铜组成。
4.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述海藻酸钠均匀地分为6～10份。
5.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述将金属盐溶液倒入海藻酸钠溶液中搅拌均匀，搅拌时间为3～6h。
6.权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步
7.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述低温硫化反应的温度为350℃，时间为1h；所述高温煅烧反应的温度为790～810℃，反应时间为1h。
8.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述酒精与去离子水混合溶液按容积比为1:2；所述离心清洗为离心机高速离心清洗，转速为7000～8000转/分，时间为4～5分钟；所述烘干为烘箱鼓风干燥，温度为40℃，时间为24h。
9.一种根据权利要求1所述一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的应用，其特征在于，用作锂-氧气电池的正极催化剂。
10.一种根据权利要求9所述应用的方法，其特征在于，按质量比将高熵硫化物催化剂与导电碳黑、聚四氟乙烯以(6～10)︰1︰1的配比混合制备成浆料，然后均匀涂覆在碳纸集流体上得到正极片，再将正极壳、正极片、隔膜及吸附电解液、锂负极、垫片、弹片、负极壳依次叠放组装、压片、封装，制备得到锂-氧气电池。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔高熵硫化物催化剂，其特征在于，所述纳米多孔高熵硫化物催化剂分子式为(cofenimncu)9s8；所述的高熵硫化物为单相结构，单个颗粒直径为300～500nm，且颗粒内部富含多孔结构。
2.一种根据权利要求1所述的纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属盐按质量百分比计，由(25％～34％)的七水合硫酸钴、(3％～5％)的一水合硫酸锰、(23％～30％)的六水合硫酸镍、(24％～30％)的六水合氯化铁、(10％～16％)的二水合氯化铜组成。
4.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述海藻酸钠均匀地分为6～10份。
5.根据权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述将金属盐溶液倒入海藻酸钠溶液中搅拌均匀，搅拌时间为3～6h。
6.权利要求2所述的一种纳米多孔高熵硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述冰箱冷冻...
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