一种含钴铁双金属橄榄石相电催化剂及其制备方法、应用与流程

文档序号:21841285发布日期:2020-08-14 16:33阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种电催化剂,其特征在于,包括磷酸铁钴锂材料;

所述磷酸铁钴锂材料中,钴与铁的摩尔比为(3~4):1。

2.根据权利要求1所述的电催化剂,其特征在于,所述磷酸铁钴锂材料具有橄榄石型结构;

所述磷酸铁钴锂材料包括磷酸铁钴锂纳米颗粒;

所述磷酸铁钴锂材料的粒径为50~80nm;

所述磷酸铁钴锂材料中,铁和钴的化合价均为+2价。

3.根据权利要求1所述的电催化剂,其特征在于,所述磷酸铁钴锂材料具有纳米颗粒堆积而形成的多孔形貌;

所述多孔的孔径为50~500nm;

所述电催化剂为用于析氧反应的电催化剂;

所述电催化剂还包括复合所述磷酸铁钴锂材料的载体;

所述载体包括导电碳载体。

4.根据权利要求3所述的电催化剂,其特征在于,所述导电碳载体包括导电炭黑、碳纳米管、介孔碳、石墨烯、碳气凝胶、碳纳米纤维、氮掺杂的碳材料、硼掺杂的碳材料、硫掺杂的碳材料和聚合物功能化的碳材料中的一种或多种;

所述复合的方式包括负载、包覆、半包覆、生长、嵌入和吸附中的一种或多种;

所述载体可以为凝胶载体;

所述磷酸铁钴锂材料占所述电催化剂总质量的比例为90%~95%;

所述电催化剂的粒径为50~100nm;

所述电催化剂的比表面积为70~120m2/g。

5.一种如权利要求1~4任意一项所述的电催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)将锂源、载体源和溶剂经过混合后,得到溶液a;

将钴源、铁源、磷源和溶剂再次混合后,得到溶液b;

将溶液a和溶液b继续混合后,得到分散液;

2)在密闭条件下,将上述步骤得到的分散液排氧后再进行水热反应,得到反应产物;

3)在保护性气氛下,将上述步骤得到的反应产物进行煅烧后,得到磷酸铁钴锂材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述锂源包括氢氧化锂、氯化锂,硝酸锂和乙酸锂中的一种或多种;

所述载体源包括葡萄糖、柠檬酸、多巴胺、尿素和导电碳材料中的一种或多种;

所述钴源包括硫酸钴、氯化钴、硝酸钴和醋酸钴中的一种或多种;

所述铁源包括硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁和醋酸亚铁中的一种或多种;

所述磷源包括磷酸、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或多种;

所述溶剂包括水。

7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述锂源与所述磷源的摩尔比为(2~3):1;

所述钴源与所述铁源的摩尔比为(3~4):1;

所述钴源与所述铁源的摩尔总数与所述磷源的摩尔比为1:1;

所述溶液b中还包括增稠剂;

所述溶液b中增稠剂的体积浓度为70%~80%;

所述增稠剂包括乙二醇、正丁醇和甘油中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述混合的方式包括超声和/或搅拌;

所述排氧的方式包括鼓气排氧;

所述排氧的时间大于等于30分钟;

所述水热反应的温度为160~180℃;

所述水热反应的时间为8~12小时;

所述水热反应后还包括分离、洗涤和干燥中的一种或多种;

所述煅烧包括低温煅烧和高温煅烧。

9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述低温煅烧的升温速率为5~10℃/分钟;

所述低温煅烧的时间为1~2小时;

所述低温煅烧的温度为350~400℃;

所述高温煅烧的升温速率为5~10℃/分钟;

所述高温煅烧的时间为2~3小时;

所述高温煅烧的温度为450~500℃。

10.权利要求1~4任意一项所述的电催化剂或权利要求5~9任意一项所述的制备方法所制备的电催化剂在电催化析氧领域中的应用。


技术总结
本发明提供了一种电催化剂,包括磷酸铁钴锂材料;所述磷酸铁钴锂材料中,钴与铁的摩尔比为(3~4):1。本发明制备的电催化剂为橄榄石型材料,资源丰富,对环境无毒无害,在电子离子传递过程中体积变化小,具有稳定的结构,优良的热稳定性等,而且本发明制备的含有Co‑Fe双金属的橄榄石结构材料,还具有高比表面积,不仅提供了丰富的活性位点,而且加速了OER过程的动力学,具有先进的电催化性能和显著的碱性环境稳定性。此外,本发明提供的制备方法,采用简单温和的水热合成法,合成步骤简单,条件温和,可控性强,还可以设计以多孔碳为载体,在多孔碳载体形成的过程中,原位合成磷酸铁钴锂材料,更加适合于大规模生产推广和应用。

技术研发人员:江俊;朱青;罗毅;李鑫;李磊磊;陈晓露;汤乐
受保护的技术使用者:中国科学技术大学
技术研发日:2020.05.07
技术公布日:2020.08.14
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