【摘 要】
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锌空气电池由于能量密度高、安全性好以及资源丰富成本低成为当前研究的热点。其中高活性的双功能氧电催化剂是锌空气电池需要解决的重要问题。本文主要是通过水热硫化制备新型具有高催化活性的双功能催化剂。首先以ZIF-67为前驱体进行硫化,然后进行多巴胺包覆,在包覆的过程中引入锌源,然后进行热处理获得复合的新型催化剂Zn0.76Co0.24S-Co9S8/HCNT（多孔碳纳米管）,该催化剂在碱性条件下ORR半
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锌空气电池由于能量密度高、安全性好以及资源丰富成本低成为当前研究的热点。其中高活性的双功能氧电催化剂是锌空气电池需要解决的重要问题。本文主要是通过水热硫化制备新型具有高催化活性的双功能催化剂。首先以ZIF-67为前驱体进行硫化,然后进行多巴胺包覆,在包覆的过程中引入锌源,然后进行热处理获得复合的新型催化剂Zn0.76Co0.24S-Co9S8/HCNT（多孔碳纳米管）,该催化剂在碱性条件下ORR半波电位达到0.83 V,而OER在10 mA cm-2处的过电势为330 mV,ORR和OER的Tafel斜率分别为56 mV dec-1和143 mV dec-1。同时,系统探究了硫化温度、硫化时间和热处理温度对催化剂的影响。研究发现:当硫化温度为180℃时对应条件最优,在碱性条件ORR半波电位达到0.83V,而OER在10 mA cm-2处的过电势为330 mV;水热时间为6 h制备的催化剂性能最优,在碱性条件下ORR半波电位达到0.83 V,而OER在10 mA cm-2处的过电势为330 mV;热处理温度为950℃时对应催化剂石墨化程度较高,相比于其他热处理温度,950℃对应条件下催化剂表现出优异的催化性能。以ZIF-8为核,制备ZIF-8@ZIF-67复合结构,经过热处理生成Co/NHCNT（N掺杂多孔碳纳米管）,然后将Co/NHCNT经过水热硫化制备CoS2/NHCNT催化剂,该催化剂表现出优异的ORR和OER催化活性,在碱性条件下ORR半波电位达到0.86 V,而OER在10 mA cm-2处的过电势为350 mV,ORR和OER的Tafel斜率分别为60 mV dec-1和167 mV dec-1。通过改变工艺参数,系统探究了热处理温度、硫化比例和硫化时间对催化剂性能的影响。研究发现:当热处理温度为950℃石墨化程度较高,同时硫化生成二硫化钴活性物质表现出优异的催化性能,在碱性条件下ORR半波电位达到0.86 V,而OER在10 mA cm-2处的过电势为350 mV;当硫化比例为1:2生成纯相的二硫化钴,对应的催化剂最优,催化剂在碱性条件下ORR半波电位达到0.86 V,而OER在10 mA cm-2处的过电势为350 mV;当硫化时间为12 h时,硫化后生成了二硫化钴,同时催化剂表现出优异的性能,在碱性条件下ORR半波电位达到0.86 V,而OER在10 mA cm-2处的过电势为350 mV。
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