CN112786900A - 锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法 - Google Patents
锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112786900A CN112786900A CN202110151247.3A CN202110151247A CN112786900A CN 112786900 A CN112786900 A CN 112786900A CN 202110151247 A CN202110151247 A CN 202110151247A CN 112786900 A CN112786900 A CN 112786900A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- stirring
- embedded
- nitrogen
- deionized water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8647—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells consisting of more than one material, e.g. consisting of composites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
- H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明公开一种锌‑空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球(Fe2P‑NPCs)及制备方法,将Pluronic F‑127加入去离子水,搅拌得澄清溶液A;往溶液A中依次加入三甲基苯、植酸和苯胺,搅拌得溶液B;将过硫酸铵加入去离子水中,搅拌得溶液C;将溶液B、C冷冻,将溶液C缓慢滴至溶液B中,反应10min;离心分离后,再用去离子水、无水乙醇洗涤,得到杨梅状聚苯胺(PANI)纳米颗粒;往无水乙醇中加入杨梅状PANI、一水柠檬酸和无水氯化铁,室温下搅拌得糊状物;糊状物放入真空干燥箱,干燥后取出、研磨得到粉末;将粉末加热碳化,自然冷却后得到Fe2P/NPCs,其具有低成本、氧还原催化活性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料领域,尤其涉及一种锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法。
背景技术
面对日益严重的资源短缺和环境污染问题,开发高效的能量转换与存储器件迫在眉睫。氧还原反应(ORR)是燃料电池和锌空气电池中的关键反应。由于ORR涉及4个电子转移,动力学缓慢,高活性氧还原催化剂是决定锌-空气电池性能的关键因素。贵金属Pt虽然具有优异的ORR催化活性,但其存在成本高、稳定性不理想等缺点,阻碍了其大规模商业化的应用。因此,制备具有活性高、稳定性良好的非贵金属催化剂是当前研究热点。
发明内容
本发明提出一种锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法,旨在开发一种低成本、高活性的氧还原电催化剂,提升过渡金属磷化物/碳复合材料析氧活性。
本发明提出的锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球(即Fe2P-NPCs),Fe2P纳米晶嵌入碳球表面,碳球掺杂有氮、磷杂原子。
本发明提出的锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球的制备方法包括以下步骤:
1)将Pluronic F-127缓慢加入去离子水中,搅拌15min得到澄清溶液A;
2)往溶液A中依次加入三甲基苯、植酸和苯胺,搅拌15min得到溶液B;
3)将过硫酸铵加入到去离子水中,搅拌得到溶液C;
4)将溶液B、C在5℃冷冻30min,将溶液C缓慢滴至溶液B中,反应10min;
5)将步骤4)的反应产物离心分离,水、无水乙醇各洗涤3次,得到杨梅状聚苯胺纳米颗粒;
6)往无水乙醇中加入杨梅状聚苯胺纳米颗粒、一水柠檬酸和无水氯化铁,室温下搅拌使乙醇蒸发,得到糊状物;
7)将糊状物放入真空干燥箱,60℃下干燥48h后取出,研磨得到粉末;
8)将粉末放入管式炉,以1℃/min的升温速率加热至800℃,800℃下碳化4h,随后自然冷却,得到嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1)通过控制Fe和植酸(P源)的比例,可以分别获得嵌有FeP、Fe2P、Fe3P纳米晶的富氮磷碳球,其中嵌有Fe2P纳米晶的催化剂氧还原活性最高;
2)Pluronic F-127和三甲基苯可起到形成软模板的作用,从而获得杨梅状聚苯胺颗粒;
3)本发明提出的Fe2P/NPCs作为空气负极组装成锌-空气电池后,开路电压达1.449V,最大功率密度达128.38mW cm-2,比容量达691.0mAh g-1,优于商业Pt/C为空气负极的锌-空气电池。
附图说明
图1为本发明Fe2P/NPCs制备流程示意图;
图2为本发明实施例1中Fe2P/NPCs扫描电子显微镜图和透射电镜图,具体为(a)杨桃状聚苯胺颗粒的扫描电子显微镜图;(b)杨桃状Fe2P/NPCs的扫描电子显微镜图;(c)Fe2P/NPCs XPS全谱图;(d-h)Fe2P/NPCs C、N、O、P、Fe元素XPS谱图;(i)高分辨率TEM图;(j)XRD谱图;
图3为本发明实施例1中Fe2P/NPCs为空气负极的锌-空气电池性能表征图,具体为(a)极化和功率密度曲线;(b)放电曲线(10mA cm-2);(c)不同倍率下放电曲线;(d)两个锌空气电池点亮LED灯泡照片。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明的内容进行详细说明。
实施例1
1)将0.3g Pluronic F-127缓慢加入20mL去离子水中,搅拌15min得到澄清溶液A;2)往溶液A中依次加入0.6mL三甲基苯(TMB)、1.1mL植酸和0.76mL苯胺,搅拌15min得到溶液B;3)将0.95g过硫酸铵(APS)加入到10mL去离子水中,搅拌得到溶液C;4)将溶液B、C在5℃冷冻30min,将溶液C缓慢滴至溶液B中,反应10min;5)离心分离,水、无水乙醇各洗涤3次,得到杨梅状聚苯胺(PANI)纳米颗粒;6)往20mL无水乙醇中加入杨梅状PANI、0.4224g一水柠檬酸和0.3244g无水氯化铁,室温下搅拌使乙醇蒸发,将得到的糊状物;7)糊状物放入真空干燥箱,60℃下干燥48h后取出,研磨得到粉末;8)将粉末放入管式炉,以1℃/min的升温速率加热至800℃,800℃下碳化4h,随后自然冷却,得到Fe2P/NPCs。将Fe2P/NPCs作为空气负极组装成锌-空气电池,开路电压达1.449V,最大功率密度达128.38mW cm-2,比容量达691.0mAh g-1,优于商业Pt/C为空气负极的锌-空气电池。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球,其特征在于,Fe2P纳米晶嵌入碳球表面,碳球掺杂有氮、磷杂原子。
2.一种如权利要求1所述的锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将Pluronic F-127缓慢加入去离子水中,搅拌15min得到澄清溶液A;
2)往溶液A中依次加入三甲基苯、植酸和苯胺,搅拌15min得到溶液B;
3)将过硫酸铵加入到去离子水中,搅拌得到溶液C;
4)将溶液B、C在5℃冷冻30min,将溶液C缓慢滴至溶液B中,反应10min;
5)将步骤4)的反应产物离心分离,水、无水乙醇各洗涤3次,得到杨梅状聚苯胺纳米颗粒;
6)往无水乙醇中加入杨梅状聚苯胺纳米颗粒、一水柠檬酸和无水氯化铁,室温下搅拌使乙醇蒸发,得到糊状物;
7)将糊状物放入真空干燥箱,60℃下干燥48h后取出,研磨得到粉末;
8)将粉末放入管式炉,以1℃/min的升温速率加热至800℃,800℃下碳化4h,随后自然冷却,得到嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110151247.3A CN112786900B (zh) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | 锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110151247.3A CN112786900B (zh) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | 锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112786900A true CN112786900A (zh) | 2021-05-11 |
CN112786900B CN112786900B (zh) | 2022-01-28 |
Family
ID=75760793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110151247.3A Active CN112786900B (zh) | 2021-02-03 | 2021-02-03 | 锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112786900B (zh) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102583312A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 郑州大学 | 一种氮、磷掺杂多孔碳球的制备方法及应用 |
CN105428611A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-03-23 | 盐城工学院 | 一种高性能多孔-中空复合负极材料及其制备方法和应用 |
CN105460917A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-04-06 | 武汉理工大学 | 一种具有分级结构的氮掺杂碳纳米管及制备方法 |
CN105720272A (zh) * | 2016-02-24 | 2016-06-29 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种空气电极用氮磷双掺杂多孔碳纳米纤维材料制备方法 |
KR20190090496A (ko) * | 2018-01-25 | 2019-08-02 | 한국전기연구원 | 탄소재 표면에 자기 결합된 복합체 코팅을 포함하는 음극 활물질, 그의 제조 방법 및 이러한 음극 활물질을 구비한 비수계 리튬이차전지 및 그의 제조 방법 |
CN110504424A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-26 | 中南大学 | 一种多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-02-03 CN CN202110151247.3A patent/CN112786900B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102583312A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-18 | 郑州大学 | 一种氮、磷掺杂多孔碳球的制备方法及应用 |
CN105428611A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-03-23 | 盐城工学院 | 一种高性能多孔-中空复合负极材料及其制备方法和应用 |
CN105460917A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-04-06 | 武汉理工大学 | 一种具有分级结构的氮掺杂碳纳米管及制备方法 |
CN105720272A (zh) * | 2016-02-24 | 2016-06-29 | 哈尔滨工业大学(威海) | 一种空气电极用氮磷双掺杂多孔碳纳米纤维材料制备方法 |
KR20190090496A (ko) * | 2018-01-25 | 2019-08-02 | 한국전기연구원 | 탄소재 표면에 자기 결합된 복합체 코팅을 포함하는 음극 활물질, 그의 제조 방법 및 이러한 음극 활물질을 구비한 비수계 리튬이차전지 및 그의 제조 방법 |
CN110504424A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-26 | 中南大学 | 一种多孔球状磷化二铁锂离子电池负极材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JIA WANG 等: ""Size-controlled nitrogen-containing mesoporous carbon nanospheres by one-step aqueous self-assembly strategy"", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
陈露露: "碳基过渡金属纳米复合材料的设计及其氧还原性能的研究", 《中国博士学位论文全文数据库(电子期刊)》 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112786900B (zh) | 2022-01-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103682327B (zh) | 基于氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料的锂离子电池及其制备方法 | |
CN110752356B (zh) | 一种双金属硒化物的钠离子电池负极材料的制备方法 | |
CN102795666A (zh) | 一种锂离子电池五氧化二钒纳米正极材料的制备方法 | |
CN109148859A (zh) | 一种双碳层包覆氧化锰复合材料的制备方法 | |
CN102623677A (zh) | 一种高容量二氧化钼/碳负极材料的制备方法 | |
CN102185147A (zh) | 纳米磷酸铁空心球/石墨烯复合材料及其制备方法 | |
CN109037718A (zh) | 一种生物质碳载过渡金属氧化物复合材料及其制备方法与应用 | |
CN105355892A (zh) | 一种锂离子电池负极的制备方法 | |
CN104124429A (zh) | 一种中空结构的锂钒氧/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用 | |
CN108281636B (zh) | 一种二氧化钛包覆三氧化二铁复合材料的制备方法及其应用 | |
CN112510173A (zh) | 中空负极材料、其制备方法及含有其的锂离子电池 | |
CN104803423A (zh) | 一种多孔四氧化三钴材料的制备方法及其应用 | |
CN105514374B (zh) | 一种石墨化碳包覆锰氟氧化物材料及其制备方法 | |
CN114759199A (zh) | 一种ZIF-8衍生羧酸盐辅助制备Fe/N共掺杂碳纳米管的方法及其应用 | |
CN108075120B (zh) | 一种球状钛酸锂材料的制备方法 | |
CN116598489B (zh) | 钠离子电池的负极材料及其制备方法、应用 | |
CN109860580A (zh) | 正极材料及其制备方法、正极片和锂硫电池 | |
CN109920985A (zh) | 一种锂硫电池正极材料及其制备方法 | |
CN112786900B (zh) | 锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法 | |
CN111653798A (zh) | 一种金属空气电池阴极及其制备方法、应用和电池 | |
CN108565441B (zh) | 一种二氧化硅复合凝胶的制备方法和使用该凝胶制备的三维多孔硅负极材料 | |
CN116435467A (zh) | 一种自支撑正极及其制备方法和应用 | |
CN111162252A (zh) | 一种rgo修饰的氟代磷酸钒氧钠复合材料的制备方法及产品与应用 | |
CN104022286B (zh) | 多孔vo2纳米线及其制备方法和应用 | |
CN108238648B (zh) | 一种锂离子电池负极材料的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |