CN112005413A 基于zif-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化剂及其制备方法和应用 （青岛科技大学）

PCT/CN2019/09418220基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催本发明提供了一种基于ZIF_8的镍铁氮掺杂ZIF_8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化剂，具2所述镍元素的掺杂量为0.21～0.33氮元素的掺杂量为4.根据权利要求1～3任一项所述的电催化剂，其特征在体形状，外表面粗糙，所述电催化剂的比表面积为303.62～516.26m2g-1；尺寸为200~7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征10.权利要求1～4任一项所述电催化剂或权利要求5～9任一项所述制备方法制备得到3[0001]本发明涉及电化学催化技术领域，具体涉及一种基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料持续能源技术的关键电极过程，但这三个过程都存在动力学缓慢的问题，目前用于ORR与[0003]目前金属种类(氧化物或单质)和氮共掺杂的碳(M-N-C)是最有可能替代贵金属基[0004]本发明的目的在于提供一种基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化剂及其制备方法和应用。本发明提供的基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化剂为非贵金[0006]本发明提供了一种基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化剂，具有核壳结[0007]优选地，所述铁元素的掺杂量为0.4～0.6所述镍元素的掺杂量为0.21~0.33氮元素的掺杂量为2～4％。[0012](2)将所述氧化还原产物体系与锌盐、2-甲基咪唑混合，进行水热反应，得到4[0015]优选地，步骤(2)所述水热反应的温度为120～160℃,所述水热反应的时间为5~[0016]优选地，步骤(3)所述碳化处理的温度为850～950℃,所述碳化处理的时间为3~[0017]本发明还提供了上述技术方案所述电催化剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的电催化剂在燃料电池或电解水技术领域中的电催化剂为核壳结构，由于氮掺杂的碳材料作为壳层可将金属种类(包含铁元素和镍元素[0019]本发明提供了上述技术方案所述电催化剂的制备方法，本发明以泡沫镍作为镍53所得NPC分别修饰RDE在0.1mol/L[0027]图8为实施例1所得NiFe@NPC修饰RDE的ORR动力学曲线图及对应的转移电子数与[0029]图10为实施例1所得NiFe@NPC修饰RDE在0.2V(vsRHE)恒电压下的时间-电流曲线例3所得NPC分别修饰GCE在1mol/L例3所得NPC分别修饰GCE在1mol/LKOH电解液中开路电位为1.58V(vsRHE)的电化学阻抗例3所得NPC分别修饰GCE在1mol/LKOH电解液中开路电位为1.58V(vsRHE)的电化学阻抗[0033]图14为实施例1所得NiFe@NPC修饰GCE在1.58V(vsRHE)恒电压下的时间-电流曲例3所得NPC分别修饰GCE在0.5mol/LH例3所得NPC分别修饰GCE在0.5mol/LH2SO4电解液中开路电位为-0.159V(vsRHE)的电化学[0036]图17为实施例1所得NiFe@NPC修饰GCE在-0.159V(vsRHE)恒电压下的时间-电流[0039]本发明提供了一种基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化剂，具有核壳结[0040]在本发明中，所述铁元素的掺杂量优选为0.40.6更优选为0.44所述镍元素的掺杂量优选为0.210.33更优选为0.28所述氮元素的掺杂量优选为2~更优选为300nm。在本发明中，所述包含铁元素和镍元素的纳米粒子的粒径优选为10~6[0044](2)将所述氧化还原产物体系与锌盐、2-甲基咪唑混合，进行水热反应，得到选为10min。在本发明中，市售泡沫镍经酸浸泡处理后优选用去离子水与甲醇分别洗涤三2O。所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度优选为500rpm～700rpm，更优选为7[0058]在本发明中，所述水热反应的温度优选为120℃~160℃,更优选为150℃；所述水[0062]在本发明中，所述碳化处理的温度优选为850℃~950℃,更优选为900℃；所述碳8[0066]本发明还提供了上述技术方案所述基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的基于ZIF-8的镍铁氮掺杂碳材料三功能电催化[0070]取5块1cm×1cm的市售泡沫镍置于3mol/L的盐酸溶液中超声10min，超声之后取3)2[0072]将步骤(1)中所得NiFeZn-ZIF研磨成粒度为200目左右的粉末，将其置于管式炉[0074]与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，Fe(NO3)3·9H2O的添加量为[0076]与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，Fe(NO3)3·9H2O的添加量为[0078]与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，Fe(NO3)3·9H2O的添加量为2O和1.2gZn(NO3)29所得NPC分别修饰RDE在0.1mol/LKOH电解液中的线性扫描伏安曲线对比图。由图可以看能测试前电解液需进行N2饱和处理。RD[0099]图7为实施例1所得NiFe@NPC修饰RDE进行的ORR研究所得的动力学参数，由图7结说明NiFe@NPC修饰电极催化的ORR过[0100]图8为实施例1所得NiFe@NPC修饰RRDE的ORR动力学曲线图及对应的转移电子数与电解液中加入3mL甲醇，曲线没有发生明显改变，说明NiFe@NPC具有优异的抗甲醇毒化效[0102]图10为实施例1所得NiFe@NPC修饰RDE于0例3所得NPC分别修饰GCE在1mol/LKOH电解液中的OER线性扫描伏安曲线图。如图所示例3所得NPC分别修饰GCE在1mol/LKOH电解液中开路电位为1.58V(vsRHE)的电化学阻抗[0105]图13为实施例1所得NiFe@NPC修饰GCE在1mol/LKOH电解液中于1.58V(vsRHE)时的时间-电流曲线，由图可知在10h的测试过程中，NiFe@NPC的电流密度基本稳定在例3所得NPC分别修饰GCE在0.5mol/LH2SO4电解液中开路电位为-0.30V(vsRHE)的电化学[0108]图16为实施例1所得NiFe@NPC修饰GCE在0.5mol/LH2SO4电解液中于-0.15V(vs[0109]图17为实施例1所得NiFe@NPC分别修饰1cm2的泡沫镍作为电解水系统的阴极和阳[0110]图18为实施例1所得NiFe@NPC分别修饰1cm2的泡沫镍作为电解水系统的阴极和阳