CN116314564A - 一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法 - Google Patents

一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法，通过化学合成、煅烧和熔融扩散三步反应，成功合成了单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料。单原子铁催化剂分散在有序介孔氮掺杂碳作为单质碘的“约束催化”宿主，可以有效地催化转化I2/I‑氧化还原反应以及限制聚碘化物中间产物的溶解。因此，高碘负载量下，使得水系锌‑碘电池具有高容量、优异倍率性能和超长循环稳定性。本发明开创了宿主材料的通用策略，该策略结合了重量轻、有效的物理化学约束和高催化活性，用于活性材料的转化，有力推动了水系锌‑碘电池的商业发展。

Description

一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法
技术领域
本发明属于电池正极功能材料领域，涉及一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法。
背景技术
基于元素碘/碘离子转换的水系锌-碘电池因其高理论容量、安全性、成本低、来源广泛和环境友好性而被认为是有前途的储能设备。然而，碘的导电性较差、聚碘化物中间产物的溶解造成活性物质损失，从而导致实际容量低，反应动力学不足，容量衰减快，寿命短和金属负极腐蚀。选择合适的宿主对于解决以上问题有重要的意义。目前，宿主的选择通常是以下四种：物理吸附/杂原子掺杂宿主、化学吸附宿主、金属有机框架衍生的导电宿主和引入电催化活性位点的宿主。
文献1“Hou,Y.；Kong,F.；Wang,Z.；Ren,M.；Qiao,C.；Liu,W.；Yao,J.；Zhang,C.；Zhao,H.,High performance rechargeable aqueous zinc-iodine batteries via adouble iodine species fixation strategy with mesoporous carbon and modifiedseparator.Journal of Colloid and Interface Science 2023,629,279-287”公开了一种有序介孔碳宿主的制备方法。金属有机框架前驱体(MOF)在流动N2气氛的保护下，在1000℃(5℃ min-1)下煅烧2h，得到有序介孔碳材料，作为活性碘的宿主应用于锌-碘电池中。有序介孔碳宿主的多孔结构容纳了大量的活性碘。然后有序介孔碳宿主对于活性碘的物理吸附力不足以完全抑制碘物种的溶解，溶解后碘/聚碘化物中间产物穿梭至负极一侧，导致容量和循环稳定性降低。
文献2“Zeng,X.；Meng,X.；Jiang,W.；Liu,J.；Ling,M.；Yan,L.；Liang,C.,Anchoring Polyiodide to Conductive Polymers as Cathode for High-PerformanceAqueous Zinc–Iodine Batteries.ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2020,8(38),14280-14285”公开了一种将聚苯胺(PANI)作为活性宿主的制备方法。碘可以通过库仑力强烈被限制在聚苯胺(PANI)主链中，通过化学相互作用来缓解制备过程中的碘升华和循环过程中聚碘中间产物的溶解。并且聚合物宿主作为电化学惰性材料对于但碘转化率，活性碘利用率和反应动力学仍远未达到应用需求，特别是在高碘负载下。
因此，针对设计集快速转换动力学以及低穿梭效应特点为一体的活性碘/宿主正极材料。我们公布了一种“约束催化”宿主策略。通过将单原子铁催化剂分散于有序介孔导电框架中作为单质碘宿主。多孔结构容纳大量的碘和聚碘化物，并且单原子铁催化剂有效地催化了碘/聚碘化物的转化，从而实现具有快速反应动力学和超长循环稳定性的高碘负载水系锌-碘电池
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法，为了缓解碘易升华、聚碘化物中间产物易溶解以导致碘利用率低、实际容量低，反应动力学不足，容量衰减快，寿命短和金属负极腐蚀等问题，进而突破现有锌-碘电池的应用瓶颈。
本发明首次公布了一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法。该方法通过化学合成、煅烧和熔融扩散三步反应，成功合成了单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料。
技术方案
一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、制备有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体：
将50mg聚醚P123和25mg F127溶解在3mL去离子水中，然后加入0.4mL的乙酸，150mg，1mmol的高氯酸钠一水合物和80μL甲苯，搅拌形成乳液溶液；
再将115.6mg，0.5mmol的硝酸氧锆二水合物和50mg，0.28mmol的2-氨基对苯二甲酸加入到乳液溶液中；然后，将混合物在40℃下搅拌12小时，洗涤离心分离得到合成的样品；
将合成的样品在60℃的乙醇中浸泡两天，最后，将产物在真空下在60℃下干燥过夜得到有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体MUiO；
步骤2、制备单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主：
将40mg的有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体加入到2mL去离子水中进行分散，并将所得分散体超声处理10分钟；然后将含有0.38M乙酸亚铁和1.14M的1，10菲咯啉的0.1mL铁络合物溶液加入有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体分散液中，然后再超声处理120分钟，最后磁力搅拌180分钟；
冻干后在研钵中研磨，然后在氮气气氛下以800℃加热1小时；随后在管式炉中以800℃的氨气再加热15分钟进行氨解；氨解之后，在N2气氛保护下冷却至室温，得到单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主Fe SAC-MNC；
步骤3、制备单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料：
采用熔融扩散法，将活性碘渗入至单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主的孔中，将50mg的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主粉末与200mg的I2在研钵中研磨混合；将混合物密封在水热釜中，并在120℃下加热12小时，然后在80℃下加热12小时，以生成单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料Fe SAC-MNC/I2。
所述洗涤离心分离是：用水洗涤一次，DMF洗涤两次再离心分离处理。
所述乙醇中浸泡两天中，每天更新乙醇。
有益效果
本发明提出的一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法，通过化学合成、煅烧和熔融扩散三步反应，成功合成了单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料。单原子铁催化剂分散在有序介孔氮掺杂碳作为单质碘的“约束催化”宿主，可以有效地催化转化I2/I-氧化还原反应以及限制聚碘化物中间产物的溶解。因此，高碘负载量下，使得水系锌-碘电池具有高容量、优异倍率性能和超长循环稳定性。本发明开创了宿主材料的通用策略，该策略结合了重量轻、有效的物理化学约束和高催化活性，用于活性材料的转化，有力推动了水系锌-碘电池的商业发展。
本发明的有益效果是：相互连接的介孔碳框架宿主和导电通道容纳了大量的活性碘，促进了电子/离子传输。此外，单原子铁催化位点降低反应能垒，加速
Figure BDA0004104463680000041
的转化，以提高了碘利用率和I-/I2/I+氧化还原反应动力学。从而有效地限制活性碘的升华、聚碘化物中间产物的溶解以及催化转化I2/I-氧化还原反应。使高碘负载量Zn||I2电池具有快速反应动力学和超长循环稳定性，获得了大容量、高倍率性能和优异循环稳定性。单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料缩短了锌-碘纽扣电池与其在商业设备中实际应用之间的差距。
通过实施例的附图，表达的有益效果为：
图1是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)的透射电子显微镜(TEM)图片。透射电子显微镜中均匀地分布着直径约为80nm的纳米球，并且布满着丰富的有序介孔。说明本发明成功合成出有序介孔纳米球形貌的氮掺杂碳材料。
图2是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)的高分辨球差校正电子显微镜(HAADF-STEM)图片。HAADF-STEM图片上显示出纳米球上分布着亮点即说明大量单原子铁的存在。说明本发明成功在有序介孔氮掺杂碳上合成单原子铁。
图3中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4和曲线5分别是本发明实施例一制备的有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体(MUiO)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)、实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)、实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和粉末碘(I2)的X射线衍射(XRD)图谱。有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)和单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)在2θ范围内表现出两个宽峰，分别为24°和44°，对应于(002)和(101)衍射峰的石墨碳。并且单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)的XRD峰与粉末碘一致，说明成功在单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主中引入了碘。
图4中曲线6和曲线7分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)和单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(FeSAC-MNC/I2)的孔径分布曲线。在引入碘之后，单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(FeSAC-MNC)的介孔数量骤然减少，说明本发明成功地将碘引入了单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)的介孔之中，有利于抑制碘的升华和聚碘化物中间产物的溶解。
图5中曲线8、曲线9和曲线10分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)和科琴黑(KB)粉末在两电极体系中进行碘还原反应(IRR)得到的活化能数值。采用阿伦尼乌斯方程计算出单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)对碘还原反应(IRR)的Ea为27.878KJ·mol-1，小于MNC(31.386KJ·mol-1)和(39.654KJ·mol-1)的，说明Fe SAC-MNC具有超快的反应动力学。
图6中曲线11、曲线12和曲线13分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和实施例三制备的科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)的涂覆在碳布上并装配成水系锌-碘纽扣电池的倍率性能图。单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料锌电池(Zn||Fe SAC-MNC/I2)在0.3、0.5、1、1、3、5、15A g-1时表现出188.21、180.92、175.96、168.53、163.32、151.33和139.60mAh g-1的优势比容量，几乎是有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料锌电池(Zn||MNC/I2)和科琴黑宿主及碘复合正极材料(Zn||KB/I2)电池的两倍和三倍。更突出的是，Fe SAC-MNC/I2阴极在15A g-1下实现了139.60mAh g-1的高容量和99.88％的稳定库仑效率。
图7中曲线14、曲线15和曲线16分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和实施例三制备的科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)的涂覆在碳布上并装配成水系锌-碘纽扣电池的长循环性能图。单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料锌电池(Zn||Fe SAC-MNC/I2)在5A g-1的高电流密度下表现出超稳定的循环性能和超长的使用寿命，初始容量保持率为80.5％(从198.5到159.7mAh g-1)，甚至超过50000次循环。尽管有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料锌电池(Zn||MNC/I2)表现出比科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)更稳定的循环性能，但其容量有限(68.49至46.26mAh g-1)和寿命很短(仅7000次循环)。以上结果说明本发明中的单原子铁优异的电催化剂能力和有序介孔氮掺杂碳材料作为I2宿主的强碘吸附能力。
附图说明
图1是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)的透射电子显微镜(TEM)图片。
图2是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)的高分辨球差校正电子显微镜(HAADF-STEM)图片。
图3中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4和曲线5分别是本发明实施例一制备的有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体(MUiO)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)、实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)、实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和粉末碘(I2)的X射线衍射(XRD)图谱。
图4中曲线6和曲线7分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)和单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(FeSAC-MNC/I2)的孔径分布曲线。
图5中曲线8、曲线9和曲线10分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)和科琴黑(KB)粉末在两电极体系中进行碘还原反应(IRR)得到的活化能数值(Ea)。
图6中曲线11、曲线12和曲线13分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和实施例三制备的科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)的涂覆在碳布上并装配成水系锌-碘纽扣电池的倍率性能图。
图7中曲线14、曲线15和曲线16分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和实施例三制备的科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)的涂覆在碳布上并装配成水系锌-碘纽扣电池的长循环性能图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
以下实施例参照图1-7
实施例一：
(1)制备有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体。将50mg的聚醚P123和25mg的F127溶解在3mL去离子水中，然后加入0.4mL的乙酸，150mg，1mmol的高氯酸钠一水合物和80μL甲苯，搅拌以形成乳液溶液。随后，将115.6mg，0.5mmol的硝酸氧锆二水合物和50mg，0.28mmol的2-氨基对苯二甲酸加入到上述混合物中。然后，将混合物在40℃下搅拌12小时。用水洗涤一次，DMF洗涤两次，离心分离得到样品。将合成的样品在60℃的乙醇中浸泡两天，并且每天更新乙醇。最后，将产物在真空下在60℃下干燥过夜得到有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体(MUiO)。
(2)制备单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主。将40mg的有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体加入到2mL去离子水中，并将所得分散体超声处理10分钟。然后将含有0.38M乙酸亚铁和1.14M的1，10菲咯啉的0.1mL铁络合物溶液加入有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体分散液中，然后再超声处理120分钟，最后磁力搅拌180分钟。冻干后，将合成的样品在研钵中研磨，然后在氮气气氛下以800℃加热1小时。随后在管式炉中以800℃的氨气再加热15分钟。氨解之后，将样品在N2气氛保护下冷却至室温，得到单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)。
(3)制备单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料。采用熔融扩散法，将活性碘渗入至单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主的孔中。将50mg的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主粉末与200mg的I2在研钵中研磨混合。将混合物密封在水热釜中，并在120℃下加热12小时，然后在80℃下加热12小时，以生成单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)。
实施例二：
(1)制备有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体。将50mg聚醚P123和25mg的F127溶解在3mL去离子水中，然后加入0.4mL的乙酸，150mg，1mmol的高氯酸钠一水合物和80μL甲苯，搅拌以形成乳液溶液。随后，将115.6mg，0.5mmol的硝酸氧锆二水合物和50mg，0.28mmol的2-氨基对苯二甲酸加入到上述混合物中。然后，将混合物在40℃下搅拌12小时。用水洗涤一次，DMF洗涤两次，离心分离得到样品。将合成的样品在60℃的乙醇中浸泡两天，并且每天更新乙醇。最后，将产物在真空下在60℃下干燥过夜得到有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体(MUiO)。
(2)制备有序介孔氮掺杂碳宿主。将40mg的有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体加入到2mL去离子水中，并将所得分散体超声处理120分钟，最后磁力搅拌180分钟。冻干后，将合成的样品在研钵中研磨，然后在氮气气氛下以800℃加热1小时。随后在管式炉中以800℃的氨气再加热15分钟。氨解之后，将样品在N2气氛保护下冷却至室温，得到有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)。
(3)制备有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料。采用熔融扩散法，将活性碘渗入至有序介孔氮掺杂碳宿主的孔中。将50mg的有序介孔氮掺杂碳宿主粉末与200mg的I2在研钵中研磨混合。将混合物密封在水热釜中，并在120℃下加热12小时，然后在80℃下加热12小时，以生成有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(MNC/I2)。
实施例三：
制备科琴黑宿主及碘复合正极材料。采用熔融扩散法。将50mg的科琴黑粉末与200mg的I2在研钵中研磨混合。将混合物密封在水热釜中，并在120℃下加热12小时，然后在80℃下加热12小时，以生成科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)。
图1是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)的透射电子显微镜(TEM)图片。TEM图中展现了直径为～80nm且具有丰富的有序介孔的均匀纳米球。这样的有序介孔结构有利于抑制活性碘的挥发和聚碘化物中间产物的溶解，提高了水系锌碘电池的碘利用率。
图2是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)的高分辨球差校正电子显微镜(HAADF-STEM)图片。图中红圈里亮斑即是单原子铁。说明我们成功在有序介孔氮掺杂碳宿主上合成单原子铁。
图3中曲线1、曲线2、曲线3、曲线4和曲线5分别是本发明实施例一制备的有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体(MUiO)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)、实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)、实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和粉末碘(I2)的X射线衍射(XRD)图谱。煅烧之后后，MNC和Fe SAC-MNC在2θ范围内表现出两个宽峰，分别为24°和44°，对应于石墨化碳的(002)和(101)两个衍射峰。并且Fe SAC-MNC与I2复合后检测出I2的衍射峰，说明我们通过熔融扩散法成功地将活性碘引入有序介孔氮掺杂碳宿主中。
图4中曲线6和曲线7分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)和单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(FeSAC-MNC/I2)的孔径分布曲线。随着I2分子的引入，孔隙含量显着降低，说明活性碘被成功限制在宿主的介孔中。
图5中曲线8、曲线9和曲线10分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主(Fe SAC-MNC)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主(MNC)和科琴黑(KB)粉末在两电极体系中进行碘还原反应(IRR)得到的活化能数值(Ea)。计算得出Fe SAC-MNC的IRR的活化能数值为27.878KJ·mol-1，小于MNC(31.386KJ·mol-1)和(39.654KJ·mol-1)。这说明在单原子铁的催化作用下，IRR反应实现了超快速反应动力学。
图6中曲线11、曲线12和曲线13分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和实施例三制备的科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)的涂覆在碳布上并装配成水系锌-碘纽扣电池的倍率性能图。Zn||Fe SAC-MNC/I2电池在电流密度为0.3、0.5、1、1、3、5、15A g-1时表现出188.21、180.92、175.96、168.53、163.32、151.33和139.60mAh g-1的高容量，几乎是Zn||MNC/I2和Zn||KB/I2电池的两倍和三倍。这展现了集单原子铁催化和有序介孔氮掺杂碳为一体的宿主对于活性碘优异的催化和限制作用。
图7中曲线14、曲线15和曲线16分别是本发明实施例一制备的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)、实施例二制备的有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料(Fe SAC-MNC/I2)和实施例三制备的科琴黑宿主及碘复合正极材料(KB/I2)的涂覆在碳布上并装配成水系锌-碘纽扣电池的长循环性能图。采用Fe SAC-MNC/I2，Zn||I2电池在5A g-1的高电流密度下表现出超稳定的循环性能和超长的使用寿命，初始容量保持率为80.5％(从198.5到159.7mAh g-1)，实现超过50000次循环。单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主在Zn||I2电池中实现了高碘利用率，快速氧化还原反应动力学，长期循环寿命，无穿梭效应。相互连接的介孔碳框架促进了电子/离子传输。而单原子铁催化位点在高碘负荷下，仍有效提高了碘利用率和I-/I2/I+氧化还原反应动力学在Zn||I2电池中实现了高碘利用率，快速氧化还原反应动力学，长期循环寿命，无穿梭效应。

Claims (3)

1.一种单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1、制备有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体：
将50mg聚醚P123和25mg F127溶解在3mL去离子水中，然后加入0.4mL的乙酸，150mg，1mmol的高氯酸钠一水合物和80μL甲苯，搅拌形成乳液溶液；
再将115.6mg，0.5mmol的硝酸氧锆二水合物和50mg，0.28mmol的2-氨基对苯二甲酸加入到乳液溶液中；然后，将混合物在40℃下搅拌12小时，洗涤离心分离得到合成的样品；
将合成的样品在60℃的乙醇中浸泡两天，最后，将产物在真空下在60℃下干燥过夜得到有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体MUiO；
步骤2、制备单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主：
将40mg的有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体加入到2mL去离子水中进行分散，并将所得分散体超声处理10分钟；然后将含有0.38M乙酸亚铁和1.14M的1，10菲咯啉的0.1mL铁络合物溶液加入有序介孔UiO-66-NH2金属有机框架前驱体分散液中，然后再超声处理120分钟，最后磁力搅拌180分钟；
冻干后在研钵中研磨，然后在氮气气氛下以800℃加热1小时；随后在管式炉中以800℃的氨气再加热15分钟进行氨解；氨解之后，在N2气氛保护下冷却至室温，得到单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主Fe SAC-MNC；
步骤3、制备单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料：
采用熔融扩散法，将活性碘渗入至单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主的孔中，将50mg的单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主粉末与200mg的I2在研钵中研磨混合；将混合物密封在水热釜中，并在120℃下加热12小时，然后在80℃下加热12小时，以生成单原子铁分散于有序介孔氮掺杂碳宿主及碘复合正极材料Fe SAC-MNC/I2。
2.根据权利要求1所述单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法，其特征在于：所述洗涤离心分离是：用水洗涤一次，DMF洗涤两次再离心分离处理。
3.根据权利要求1所述单原子铁分散于介孔碳宿主及碘复合正极的制备方法，其特征在于：所述乙醇中浸泡两天中，每天更新乙醇。
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