CN112786900B - 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

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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

锌-空气电池用嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球及其制备方法
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 (1)

1.一种锌-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15 min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15 min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30 min，将溶液C缓慢滴至溶液B中，反应10 min；
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48 h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4 h，随后自然冷却，得到嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球，其中，嵌有Fe2P纳米晶的富氮磷碳球中，Fe2P纳米晶嵌入碳球表面，碳球掺杂有氮、磷杂原子。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105428611B (zh) * 2015-11-03 2017-04-05 盐城工学院 一种多孔‑中空复合负极材料及其制备方法和应用
CN105460917B (zh) * 2015-12-08 2017-12-29 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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Size-controlled nitrogen-containing mesoporous carbon nanospheres by one-step aqueous self-assembly strategy";Jia Wang 等;《Journal of Materials Chemistry A》;20141201;第3卷;第2305-2313页 *
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;陈露露;《中国博士学位论文全文数据库（电子期刊）》;20210115;第B014-254页 *

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