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专利号: 2025101448920
申请人: 陕西科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:将壳聚糖溶于醋酸水溶液中,水浴条件下磁力搅拌至完全溶解,制得壳聚糖溶液;

3+ 2+

步骤2:将含有Fe 和Cd 的金属盐溶液与所述的壳聚糖溶液通过一锅法制得金属‑壳聚糖粘性溶液Cs‑Fe/Cd;

步骤3:将所述的Cs‑Fe/Cd粘性溶液通过冰模板法进行定向冷冻,而后冷冻干燥得到3D蜂窝状结构的壳聚糖与Fe/Cd离子交联的复合气凝胶CMNA‑Fe/Cd;

步骤4:将所述的CMNA‑Fe/Cd气凝胶放入石英舟,置于管式炉中心,在惰性气体环境中高温碳化合成壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂CMNCA‑FeSA+AC;

3+ 2+

所述步骤2中,含有Fe 和Cd 的金属盐溶液分别为六水合氯化铁和氯化镉半溶液;

所述步骤2中,CS‑Fe/Cd粘性溶液的制备过程如下:a) 六水合氯化铁和氯化镉半按照1:20 1:1000的摩尔比溶解于水中,获得Fe/Cd金属~混合溶液;

b) 将Fe/Cd金属混合盐溶液倒入壳聚糖溶液中混合搅拌反应1 5小时获得Cs‑Fe/Cd粘~性溶液;其中,壳聚糖与Fe/Cd金属混合溶液质量比为1:20 20:1。

~

2.根据权利要求1所述的壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤1中,壳聚糖的脱乙酰度 ≥95%;

所述步骤1中,将20 80mg壳聚糖溶于1 10ml的1 10%v/v的醋酸水溶液中,在40 80℃水~ ~ ~ ~浴条件下磁力搅拌1 3h,得到壳聚糖溶液。

~

3.根据权利要求1所述的壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤3中,Cs‑Fe/Cd粘性溶液通过冰模板法进行定向冷冻的具体操作为:将装有Cs‑Fe/Cd粘性溶液的烧杯放置在浸入液氮的铜块冷却平台上,以实现定向冷冻。

4.根据权利要求3所述的壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤3中,复合气凝胶CMNA‑Fe/Cd的冷冻干燥温度为‑20~‑53℃,时间为24~72h。

5.根据权利要求1所述的壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤4中,采用的惰性气体为氩气;

所述步骤4中,碳化温度为700 1000℃,保温时间为1 4h,管式炉的升温速率为1 10℃/~ ~ ~min。

6.基于权利要求1‑5任一项所述方法得到的壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂,其特征在于,壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂为高纵横比的多尺度微/纳米纤维交织的局部层状网络结构;

在宏观上,由于定向冷冻铸造工艺,材料展现出三维蜂窝状结构和有序且丰富的多孔通道;高温碳化后的CMNCA‑FeSA+AC的宏观3D 蜂窝状结构和层状网络结构保持完整,并负载大量Fe‑N4单原子和原子簇,在0.1M KOH中催化剂表现出优异的电化学性能,其起始电位为

0.99 V,半波电位为0.91 V。

7.基于权利要求1‑5任一项所述方法得到的所述壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂的应用,其特征在于,壳聚糖微/纳米纤维碳气凝胶负载的铁单原子/原子簇电催化剂用于锌‑空电池。