技术摘要：
本发明提供了一种高效碳基电催化剂及其制备方法和应用。本发明所述的高效碳基电催化剂通过熔盐法制备得来，具体为碳糖、氮源、金属盐、氯化盐和水按照一定比例加热溶解后蒸发水分、在惰性气体保护下煅烧得到高温固体，并将其用去离子水充分洗净制得。所述的高效碳基电 全部
背景技术：
化石燃料的滥用会引发能源资源短缺以及环境污染，为了人类长久发展，也就迫 切需要开发和利用绿色可持续能源。与铅电池和锂电池相比，可充电锌-空气电池具有重量 更轻，理论比能密度(1084 Wh kg-1)更高的特点，但锌-空气电池作为电池中重要的一种形 式，其性能依赖于阴极的氧还原（ORR）和氧析出反应（OER）的活性和稳定性。 铂族金属(PGM)催化剂是目前最有效的催化剂，但其成本高、稀缺性和长期稳定性 差均严重阻碍了它们大规模商业的应用。因此，开发具有耐久性和高活性的低成本以及地 球资源丰富的替代品至关重要。M(过渡金属)-N-C结构模型自被提出，便受到了广泛的关 注。过渡金属催化物因兼具电化学活性、廉价和来源丰富等优点，且过渡金属氧化物在碱性 溶液中良好的催化活性和稳定，成为科研工作者关注的热点。其中，铁化合物制得的Fe-N-C 催化剂因其具有超长的稳定性和优异的催化活性，被认为是最具发展前景的铂族金属催化 剂的替代品，在过去几十年得到了广泛的研究，并取得了迅速的进展。 二维碳材料是一种理想的结构，它具有比表面积大、暴露的活性部位多、结构独特 等特点。由于电化学催化反应过程通常发生在材料表面，较大的反应表面积可以暴露更多 的活性位点，提供更快的电荷转移途径。相关研究表明，熔盐可以帮助形成二维碳结构，同 时可以有效地保存氮增强的N掺杂物。熔融盐作为一个封闭反应器，能够有效促进二维纳米 薄片热解过程中中间物质的分解和均匀金属掺杂。熔盐对碳基材料的插层和剥离和对碳的 刻蚀有重要作用，从而获得更大的比表面积。但现如今，Fe-N-C高效催化剂材料的制备过程 繁琐，合成过程污染性大，稳定性差，且只具备ORR或OER单一性质，因此限制了它的应用。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种高效碳基电催化剂及其 制备方法和应用，利用熔盐法制备了高效、价廉、具有ORR和OER双功能且稳定性好的碳基电 催化剂，且其制备方法简单、绿色且成本低。 为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现： 本发明提供了一种高效碳基电催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： （1）分别称量碳糖、氮源、金属盐、氯化盐加入到水中加热溶解，得到澄清溶液； （2）将所述澄清溶液继续加热至水分全部挥发，得到混合物固体； （3）在惰性气体的保护下，将所述混合物固体分两次逐步升温进行煅烧并保温，得到高 温固体； （4）将所述高温固体用去离子水充分洗净，得到所述具有双功能的高效碳基电催化剂。 进一步的，所述步骤（1）中碳糖、氮源、金属盐、氯化盐和水的质量体积比为10- 3 CN 111554945 A 说 明 书 2/5 页 100:10-100：1:100-500：103-10（4 其中碳糖、氮源、金属盐、氯化盐的单位为g，水的单位为 ml）。 进一步的，所述步骤（1）中碳糖为葡萄糖和蔗糖中的一种或两者混合物。 进一步的，所述步骤（1）中金属盐的金属离子为Fe2 、Fe3 、Co2 、Co3 、Ni2 、Mn2 、Cu2 、Zn2 或Ru3 ；金属盐的盐离子为Cl-、NO -或SO 2-3 4 。 进一步的，所述步骤（1）中氯化盐为氯化钠、氯化钾和氯化锂中的至少一种。 进一步的，所述步骤（1）中氮源为双氰胺、多巴胺、尿素、三聚氰胺和硫脲中的至少 一种。 进一步的，所述步骤（3）中惰性气体为氩气、氮气或氦气。 进一步的，所述步骤（3）中第一次煅烧升温速率为1-5℃/min，升至300-500℃，保 温1-5 h；第二次煅烧升温速率为5-10℃/min，升至700-1000℃，保温1-3 h。 本发明还提供了所述制备方法制备得到的高效碳基电催化剂。 本发明还提供了所述高效碳基电催化剂在用于制备锌-空气电池中的应用。 本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果： （1）本发明所述的高效碳基电催化剂具有明显的二维结构，与现有的催化剂相比，该催 化剂催化性质好、稳定性高、耐甲醇、抗腐蚀、比表面积大、活性位点多，绿色无污染且具有 ORR和OER双功能，有利于于锌-空气电池的制备，还可以更广泛应用于各种催化剂电池上。 （2）本发明通过熔盐法制备高效碳基电催化剂，该制备方法操作简单、材料易得， 无有毒有害的有机物与无机物的参与，也没有有毒有害的物质生成，因此无毒无污染；只需 通过简单的原料混合即可，因此成本低，普适性好。 附图说明 图1为本发明实施例2中制备的高效碳基电催化剂的扫描电子显微镜图。 图2为本发明实施例2中制备的高效碳基电催化剂的ORR极化曲线图。 图3为本发明实施例2中制备的高效碳基电催化剂的OER极化曲线图。 图4为本发明实施例2中制备的高效碳基电催化剂的充放电极化曲线图。
