可充电锌空气电池用的铁钌双原子催化剂的制作方法

本发明属于双原子催化剂(dac)，特别涉及一种可充电锌空气电池用的铁钌双原子催化剂。

背景技术：

1、可充电金属空气电池的放电和充电过程需要一个高效的氧还原反应和析氧反应(orr和oer)。目前，高成本的铂催化剂(如pt/c催化剂)主要用于这些目的。然而，orr和oer过程中缓慢的动力学带来了巨大的挑战，这需要对新的低成本催化剂进行基础和实验研究。在dac中，一个金属原子通常作为电催化反应的活性金属位点，另一个金属位点作为对应的金属，表现出具有高电催化活性的可调电子结构。通过使用活性金属位点旁边的对应金属，可以调节金属中心的电子结构和自旋状态，以实现高性能的电化学反应。

2、对orr、oer和锌空气电池的应用进行了一些研究。例如，通过引入mn和ni原子作为对应金属来调节fe原子的自旋状态，从而提高fe活性位点的orr活性。据报道，对应锌原子的存在影响了cu活性位点的d-轨道电子分布，有利于o-o的裂解和orr中间体的吸附和解吸。

3、然而，在广阔的参数空间内合成可充电锌空气电池优化组合的dac仍存在不可避免的障碍。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供了一种合成feru-dac的方法。该方法采用了两步热解法，并被发现在orr和oer方面具有与铂催化剂相当的性能。

2、根据本发明的另一方面，提供了一种用feru-dac代替阴极制造的可充电锌空气电池装置。所提供的可充电锌空气电池在120次循环后具有良好的性能和稳定性。

技术特征：

1.一种合成铁-钌双原子催化剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁基前驱体是fecl3·6h2o盐。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钌基前驱体是rucl3·xh2o盐。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次退火处理是在450℃下的氩气气氛下处理3小时。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二次退火处理是在590℃下的氩气气氛下处理3小时。

6.一种使用权利要求1-5任一项所述的方法合成的feru-dac进行氧还原反应和析氧反应的方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述氧还原反应在o2饱和的电解质中进行，所述电解质为0.1m koh。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中析氧反应在0.1m的氢氧化钾中进行。

9.一种用权利要求1-5所述的方法制备得到的feru-dac代替锌空气电池的阴极制造可充电的锌空气电池的方法。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中所述的锌空气电池的阴极具有0.97mg/cm2的feru-dac负载。

技术总结
本发明公开了一种可充电锌空气电池用的铁钌双原子催化剂。本发明通过低成本金属催化剂，如铁和钌制备铁钌双原子催化剂，以取代可充电锌空气电池的高价铂催化剂。因此，本发明展示了合成石墨烯负载双原子催化剂(DACs)，并将其作为一种新的放电和电荷过程的催化剂。我们观察到新型FeRu‑DAC在充放电过程中表现出良好的实验过电位。可充电锌空气电池装置用FeRu‑DAC代替阴极，稳定性较好，在0.44A/cm的电流密度下，FeRu DAC可以给出0.45W/cm<supgt;2</supgt;的最大功率密度。

技术研发人员：莫森 塔姆塔吉,陈冠华
受保护的技术使用者：香港量子人工智能实验室有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/26