阅读说明：本技术 一种Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂及制法 (Oxygen evolution reaction catalyst of Co-N double-doped biomass porous carbon spheres and preparation method thereof ) 是由 蒋焯文 于 2020-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及锌-空气电池领域,且公开了一种Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂,以木质素微球作为生物质碳源,偕胺肟官能团作为氮源,碳化得到N掺杂多孔碳球,具有丰富的介孔结构和超高的比表面积,Co~(2+)热还原形成Co纳米粒子,高度分散在N掺杂多孔碳球的基体中,减少了Co纳米粒子的团聚和聚集,分散均匀的Co纳米粒子更好地与相邻的活性氮结构形成Co-N_x活性位点,作为析氧反应的活性催化中心,在多孔碳球基体和高度分散的Co-N_x催化活性中心的协同作用下,使析氧反应催化剂表现出高度的析氧起始电位和析氧半波电位,具有优异的析氧反应催化活性。(The invention relates to the field of zinc-air batteries, and discloses an oxygen evolution reaction catalyst of a Co-N double-doped biomass porous carbon sphere, wherein a lignin microsphere is used as a biomass carbon source, an amidoxime functional group is used as a nitrogen source, and the N-doped porous carbon sphere is obtained by carbonization, has a rich mesoporous structure and an ultrahigh specific surface area, and is Co 2+ Co nano particles are formed by thermal reduction and are highly dispersed in a matrix of the N-doped porous carbon spheres, the agglomeration and aggregation of the Co nano particles are reduced, and the uniformly dispersed Co nano particles and an adjacent active nitrogen structure form Co-N better x Active sites as active catalytic centers for oxygen evolution reactions in porous carbon sphere matrices and highly dispersed Co-N x Under the synergistic action of the catalytic active centers, the oxygen evolution reaction catalyst shows high oxygen evolution initial potential and oxygen evolutionOxygen half-wave potential, and has excellent catalytic activity of oxygen evolution reaction.)

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂，制法如下：

(1)通过反相悬浮聚合技术制备得到木质素球形多孔珠体。

(2)向锥形瓶中加入去离子水和木质素球形多孔珠体，超声分散均匀后加入丙烯腈，在50-70℃下，加入过氧化氢的水溶液和硫酸亚铁，其中木质素球形多孔珠体、丙烯腈、过氧化氢和硫酸亚铁的质量比为100:80-160:2-3.5:220-400，搅拌反应2-4h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得丙烯腈改性木质素微球。

(3)向锥形瓶中加入去离子水、盐酸羟胺和碳酸钠，搅拌均匀后加热至60-80℃，加入丙烯腈改性木质素微球，其中盐酸羟胺、碳酸钠和丙烯腈改性木质素微球的质量比为15-30:8-15:100，搅拌反应3-8h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得偕胺肟化木质素微球。

(4)向锥形瓶中加入去离子水、质量比为30-80:100的钴源和偕胺肟化木质素微球，其中钴源为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴或醋酸钴中的任意一种，匀速搅拌24-48h，进行吸附过程，真空干燥去除水分，得到Co修饰木质素微球。

(5)将Co修饰木质素微球置于气氛炉中，在氮气气氛下，750-850℃中碳化2-3h，得到Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂。

实施例1

(1)通过反相悬浮聚合技术制备得到木质素球形多孔珠体。

(2)向锥形瓶中加入去离子水和木质素球形多孔珠体，超声分散均匀后加入丙烯腈，在50℃下，加入过氧化氢的水溶液和硫酸亚铁，其中木质素球形多孔珠体、丙烯腈、过氧化氢和硫酸亚铁的质量比为100:80:2:220，搅拌反应2h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得丙烯腈改性木质素微球。

(3)向锥形瓶中加入去离子水、盐酸羟胺和碳酸钠，搅拌均匀后加热至60℃，加入丙烯腈改性木质素微球，其中盐酸羟胺、碳酸钠和丙烯腈改性木质素微球的质量比为15:8:100，搅拌反应3h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得偕胺肟化木质素微球。

(4)向锥形瓶中加入去离子水、质量比为30:100的氯化钴和偕胺肟化木质素微球，匀速搅拌24h，进行吸附过程，真空干燥去除水分，得到Co修饰木质素微球。

(5)将Co修饰木质素微球置于气氛炉中，在氮气气氛下，750℃中碳化2h，得到Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂。

实施例2

(1)通过反相悬浮聚合技术制备得到木质素球形多孔珠体。

(2)向锥形瓶中加入去离子水和木质素球形多孔珠体，超声分散均匀后加入丙烯腈，在70℃下，加入过氧化氢的水溶液和硫酸亚铁，其中木质素球形多孔珠体、丙烯腈、过氧化氢和硫酸亚铁的质量比为100:100:2.5:280，搅拌反应3h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得丙烯腈改性木质素微球。

(3)向锥形瓶中加入去离子水、盐酸羟胺和碳酸钠，搅拌均匀后加热至80℃，加入丙烯腈改性木质素微球，其中盐酸羟胺、碳酸钠和丙烯腈改性木质素微球的质量比为22:12:100，搅拌反应5h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得偕胺肟化木质素微球。

(4)向锥形瓶中加入去离子水、质量比为50:100的硝酸钴和偕胺肟化木质素微球，匀速搅拌36h，进行吸附过程，真空干燥去除水分，得到Co修饰木质素微球。

(5)将Co修饰木质素微球置于气氛炉中，在氮气气氛下，800℃中碳化3h，得到Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂。

实施例3

(1)通过反相悬浮聚合技术制备得到木质素球形多孔珠体。

(2)向锥形瓶中加入去离子水和木质素球形多孔珠体，超声分散均匀后加入丙烯腈，在60℃下，加入过氧化氢的水溶液和硫酸亚铁，其中木质素球形多孔珠体、丙烯腈、过氧化氢和硫酸亚铁的质量比为100:130:3:350，搅拌反应3h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得丙烯腈改性木质素微球。

(3)向锥形瓶中加入去离子水、盐酸羟胺和碳酸钠，搅拌均匀后加热至80℃，加入丙烯腈改性木质素微球，其中盐酸羟胺、碳酸钠和丙烯腈改性木质素微球的质量比为25:10:100，搅拌反应5h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得偕胺肟化木质素微球。

(4)向锥形瓶中加入去离子水、质量比为70:100的醋酸钴和偕胺肟化木质素微球匀速搅拌36h，进行吸附过程，真空干燥去除水分，得到Co修饰木质素微球。

(5)将Co修饰木质素微球置于气氛炉中，在氮气气氛下，850℃中碳化3h，得到Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂。

实施例4

(1)通过反相悬浮聚合技术制备得到木质素球形多孔珠体。

(2)向锥形瓶中加入去离子水和木质素球形多孔珠体，超声分散均匀后加入丙烯腈，在60℃下，加入过氧化氢的水溶液和硫酸亚铁，其中木质素球形多孔珠体、丙烯腈、过氧化氢和硫酸亚铁的质量比为100:160:3.5:400，搅拌反应4h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得丙烯腈改性木质素微球。

(3)向锥形瓶中加入去离子水、盐酸羟胺和碳酸钠，搅拌均匀后加热至60℃，加入丙烯腈改性木质素微球，其中盐酸羟胺、碳酸钠和丙烯腈改性木质素微球的质量比为30:15:100，搅拌反应8h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得偕胺肟化木质素微球。

(4)向锥形瓶中加入去离子水、质量比为80:100的硫酸钴和偕胺肟化木质素微球，匀速搅拌48h，进行吸附过程，真空干燥去除水分，得到Co修饰木质素微球。

(5)将Co修饰木质素微球置于气氛炉中，在氮气气氛下，850℃中碳化2h，得到Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂。

对比例1

(1)通过反相悬浮聚合技术制备得到木质素球形多孔珠体。

(2)向锥形瓶中加入去离子水和木质素球形多孔珠体，超声分散均匀后加入丙烯腈，在70℃下，加入过氧化氢的水溶液和硫酸亚铁，其中木质素球形多孔珠体、丙烯腈、过氧化氢和硫酸亚铁的质量比为100:50:1.5:160，搅拌反应4h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得丙烯腈改性木质素微球。

(3)向锥形瓶中加入去离子水、盐酸羟胺和碳酸钠，搅拌均匀后加热至60℃，加入丙烯腈改性木质素微球，其中盐酸羟胺、碳酸钠和丙烯腈改性木质素微球的质量比为10:5:100，搅拌反应8h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得偕胺肟化木质素微球。

(4)向锥形瓶中加入去离子水、质量比为15:100的硝酸钴和偕胺肟化木质素微球，匀速搅拌48h，进行吸附过程，真空干燥去除水分，得到Co修饰木质素微球。

(5)将Co修饰木质素微球置于气氛炉中，在氮气气氛下，750℃中碳化2h，得到Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂。

对比例2

(1)通过反相悬浮聚合技术制备得到木质素球形多孔珠体。

(2)向锥形瓶中加入去离子水和木质素球形多孔珠体，超声分散均匀后加入丙烯腈，在70℃下，加入过氧化氢的水溶液和硫酸亚铁，其中木质素球形多孔珠体、丙烯腈、过氧化氢和硫酸亚铁的质量比为100:200:4:450，搅拌反应3h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得丙烯腈改性木质素微球。

(3)向锥形瓶中加入去离子水、盐酸羟胺和碳酸钠，搅拌均匀后加热至80℃，加入丙烯腈改性木质素微球，其中盐酸羟胺、碳酸钠和丙烯腈改性木质素微球的质量比为35:20:100，搅拌反应3h，使用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥，制得偕胺肟化木质素微球。

(4)向锥形瓶中加入去离子水、质量比为1:1的氯化钴和偕胺肟化木质素微球，匀速搅拌36h，进行吸附过程，真空干燥去除水分，得到Co修饰木质素微球。

(5)将Co修饰木质素微球置于气氛炉中，在氮气气氛下，750℃中碳化3h，得到Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂。

制备析氧催化剂电极材料：将Co-N双掺杂生物质多孔碳球的析氧反应催化剂分散在异丙醇溶剂中，加入Nafion溶液，超声分散，将溶液涂在圆盘电极上并干燥，得到析氧催化剂电极材料。

电化学性能测试：以Ag/AgCl作为参比电极，Pt电极作为对电极，0.1mol/L的KOH溶液作为电解液，在Autolab PGSTAT302N电化学工作站中测试析氧催化剂电极材料的电化学性能和析氧活性，测试标准为GB/T 18333.2-2015。