熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法

本发明属于电化学，具体涉及熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法。

背景技术：

1、过渡金属碳化物因其良好的化学稳定性和导电性而被认为是优秀的储能电极材料和催化剂载体材料，其中，碳化锆(zrc)因其热稳定性好、耐腐蚀性强、抗氧化性强、成本低等突出特性而受到特别关注。已经报道了各种纳米结构的碳化锆，如纳米管、纳米线、纳米花球等，在电化学应用方面表现出优异的性能。传统的碳化锆制造方法通常是模板法和化学气相沉积法，它们需要高温(>1100℃)和复杂的制备工艺。

2、目前，大多数已报道的碳化锆电极材料以粉末形式存在，并且需要额外的电流集电器和粘合剂用于电极的组装和成型，这通常会导致产生无法充分发挥作用的反应活性“死区”，而且活性材料和电流收集器之间的连接易脱落，影响电极材料的应用性能。

3、有序纳米结构阵列被认为是一种理想的电极结构，具有高度有序和定向的结构特征，可以获得大的电极-电解质界面和低的离子传输能垒。因此，具有纳米结构阵列的自支撑碳化锆电极有望克服粉末活性材料的限制，并提高电化学性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，一些实施例公开了熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，包括步骤：

2、s1、以金属锆电极为阳极、含有硫酸铵和氟化铵的无机溶液为电解液、金属铂电极为阴极，形成第一电解体系；

3、s2、第一电解体系进行第一电解，金属锆电极发生反应生成氧化锆管状阵列；其中，第一电解包括交替进行的电解过程和超声波清洗过程；

4、s3、生成有氧化锆管状阵列的金属锆电极退火处理；

5、s4、以退火处理后的金属锆电极为阴极、石墨电极为阳极，与共晶盐电解质形成第二电解体系；其中，共晶盐电解质包含licl和/或cacl2、nacl和/或kcl；

6、s5、共晶盐电解质中通入二氧化碳为碳源，加入金属氧化物为碳捕获剂，进行熔盐电解，在阴极表面生成碳化锆管状阵列，得到碳化锆管状阵列电极。

7、进一步，一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s1中，硫酸铵的摩尔浓度为0.5～2m，氟化铵的摩尔浓度为0.1～0.2m。

8、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s2中，第一次电解的电解电源为30～50v，电解时间为0.5～2小时，电解过程中超声清洗的间隔时间为10～60分钟。

9、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s3中，退火温度为300～500℃，退火时间为0.5～2小时。

10、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s4中，licl和/或cacl2在共晶盐电解质中的摩尔含量为40～100％。

11、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s5中，二氧化碳的加入量为1～5ml/min，捕获剂为li2o或cao，捕获剂在共晶盐电解质中的摩尔含量为0.1～1％。

12、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s5中，熔盐电解的电解电压为3～3.6v，电解时间为10～120分钟。

13、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s5中，二氧化碳气体中引入氮气，得到氮掺杂碳化锆管状阵列电极。

14、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s5还包括对碳化锆管状阵列的清洗步骤。

15、一些实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，步骤s1还包括对金属锆电极的预处理步骤，具体包括：将金属锆电极用5～20％的硝酸溶液进行表面预处理；用去离子水冲洗。

16、本发明实施例公开的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，制备得到了碳化锆管状阵列电极，该电极负载有碳化锆管状阵列的自支撑电极，电极上的碳化锆管状阵列取向度高，结构稳定，具有高的比表面积，作为电化学电极能够获得高的电极、电解质界面和低的离子传输能垒，在电化学领域有良好应用前景。

技术特征：

1.熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s1中，硫酸铵的摩尔浓度为0.5～2m，氟化铵的摩尔浓度为0.1～0.2m。

3.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s2中，第一电解的电解电源为30～50v，电解时间为0.5～2小时，电解过程中超声清洗的间隔时间为10～60分钟。

4.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s3中，退火温度为300～500℃，退火时间为0.5～2小时。

5.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s4中，licl和/或cacl2在共晶盐电解质中的摩尔含量为40～100％。

6.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s5中，二氧化碳的加入量为1～5ml/min，捕获剂为li2o或cao，捕获剂在共晶盐电解质中的摩尔含量为0.1～1％。

7.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s5中，熔盐电解的电解电压为3～3.6v，电解时间为10～120分钟。

8.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s5中，二氧化碳气体中引入氮气，得到氮掺杂碳化锆管状阵列电极。

9.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s5还包括对碳化锆管状阵列的清洗步骤。

10.根据权利要求1所述的熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤s1还包括对金属锆电极的预处理步骤，具体包括：

技术总结
本发明实施例公开了熔盐介导的碳化锆管状阵列电极的制备方法，包括步骤：S1、以金属锆电极为阳极、含有硫酸铵和氟化铵的无机溶液为电解液、金属铂电极为阴极，形成第一电解体系；S2、第一电解体系进行第一电解，金属锆电极发生反应生成氧化锆管状阵列；其中，第一电解包括交替进行的电解过程和超声波清洗过程；S3、生成有氧化锆管状阵列的金属锆电极退火处理；S4、以退火处理后的金属锆电极为阴极、石墨电极为阳极，与共晶盐电解质形成第二电解体系；其中，共晶盐电解质包含LiCl和/或CaCl<subgt;2</subgt;、NaCl和/或KCl；S5、共晶盐电解质中通入二氧化碳为碳源，加入金属氧化物为碳捕获剂，进行熔盐电解，得到碳化锆管状阵列电极。

技术研发人员：吕泽鹏,宋建勋,李少龙,何季麟,张大贺,臧梦璐
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22