一种用于Li-CO2电池的氟取代石墨炔正极催化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其涉及一种用于Li-CO

背景技术

由于传统锂离子电池受限于其较低的能量密度，不能满足未来对于高能量密度电池的需求，因此急需探索和发展新型高能量密度的储能体系。锂-二氧化碳(Li-CO

上述背景下，在研究众多的Li-CO

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种用于锂-二氧化碳电池的氟取代石墨炔正极催化剂及其制备方法，能够实现催化剂的组成、结构、孔分布和催化性能的有效调控，且其所应用的电池具有高放电容量、优秀的循环稳定性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于Li-CO

本发明还提供了一种用于Li-CO

步骤一，将1,3,5-三氟-2,4,6-三(三甲基硅基乙炔基)苯溶解于干燥的四氢呋喃溶液中，氩气保护下冰浴降温至-20～0℃，然后向该溶液中加入四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液(四丁基氟化铵的浓度为0.1～1mol·L-1)，避光搅拌反应15～45min得到氟取代石墨炔的前驱体1,3,5-三乙炔基-2,4,6-三氟苯的四氢呋喃溶液；

步骤二，在三口烧瓶中加入50～200mL无水吡啶和5～10片铜箔，然后以0.05～0.5mL·min

步骤三，反应完成后将生长有氟取代石墨炔的铜箔取出并用DMF冲洗，在乙醇中超声剥离得到氟取代石墨炔，产物依次用KOH(4mol·L

步骤四，将干燥后的氟取代石墨炔粉末在管式炉中氩气保护下以1～10℃·min

本发明进一步设置为：氟取代石墨炔的前驱体1,3,5-三乙炔基-2,4,6-三氟苯由1,3,5-三氟-2,4,6-三(三甲基硅基乙炔基)苯经四丁基氟化铵溶液中脱去保护基三甲基硅基制得，反应温度-20～0℃，反应时间15～45min。

本发明进一步设置为：制备得到的1,3,5-三乙炔基-2,4,6-三氟苯的四氢呋喃溶液可不经纯化分离直接用于制备氟取代石墨炔，所述前驱体溶液加入速率为0.05～0.5mL·min

本发明进一步设置为：制得的氟取代石墨炔粉末煅烧条件为：氩气气氛中300℃煅烧2～6h，升温速率1～10℃·min

本发明具有以下优点：

1、本发明提供的锂-二氧化碳电池正极催化剂采用氟取代石墨炔碳材料，该材料具有较高的电导率、较大的表面积、有序的多孔结构和丰富的亲锂位点，为CO

2、本发明提供的氟取代石墨炔材料的制备方法简单高效，脱保护后的前驱体无需分离纯化可直接用于下一步反应，实现了石墨炔材料的组成、结构、孔分布和催化性能的有效调控。

3、利用本发明制备的氟取代石墨炔材料制成的Li-CO

附图说明

图1为本发明实施例1中制得的氟取代石墨炔的化学结构示意图；

图2为本发明实施例1中制得的氟取代石墨炔的透射电镜图片；

图3为本发明实施例1中制得的氟取代石墨炔的X-射线光电子能谱；

图4为本发明实施例1中制得的氟取代石墨炔的拉曼光谱；

图5为本发明实施例1中制备的Li-CO

图6为本发明对比例1中制备的Li-CO

图7为本发明对比例2中制备的Li-CO

图8为本发明实施例1中制备的Li-CO

图9为本发明实施例1中制备的Li-CO

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

实施例1：

制备氟取代石墨炔碳材料，步骤如下：

将126mg(0.3mmol)1,3,5-三氟-2,4,6-三(三甲基硅基乙炔基)苯溶解于20mL干燥的四氢呋喃溶液中，氩气保护下冰盐浴降温至-20℃，然后向该溶液中加入1.2mL四丁基氟化铵的四氢呋喃溶液(TBAF,1M in THF)，避光搅拌反应30min得到氟取代石墨炔的前驱体1,3,5-三乙炔基-2,4,6-三氟苯(TFTEB)；

在另一三口烧瓶中加入200mL无水吡啶和8片铜箔，然后以0.05mL·min

反应完成后将生长有氟取代石墨炔的铜箔取出并用DMF冲洗，在乙醇中超声剥离得到氟取代石墨炔，产物依次用KOH(4mol·L

将干燥后的FGDY粉末在管式炉中氩气保护下以10℃ min

制备氟取代石墨炔作为正极催化剂的Li-CO2电池，步骤如下：

Li-CO

电解液的制备：将2.87g双三氟甲磺酰亚胺锂充分溶解于10mL四乙二醇二甲醚溶剂中，得到锂盐浓度为1.0mol·L

Li-CO

对本实施例制得的Li-CO

图1示出本实施例制得的氟取代石墨炔的化学结构示意图，苯环上取代的氟原子均匀分布在FGDY的二维平面中，FGDY共轭碳骨架中的π-π键共价框架维持了FGDY的导电网络，由共轭二炔键连接的平面网络使得FGDY具有规则的多孔结构，有利于CO

参见图5，本实施例制得的Li-CO

对比例1：

本对比例1的内容和步骤同实施例1，不同之处仅在于本对比例1中不再使用氟取代石墨炔正极催化剂，直接使用多孔导电碳纸(TGP-H-060,Toray)作为气体正极。

从图6可以看出，本对比例1制得的Li-CO

对比例2：

本对比例2的内容和步骤同实施例1，不同之处仅在于本对比例2中将氟取代石墨炔正极催化剂改为商业化的碳纳米管，制得Li-CO

从图7可以看出，本对比例制得的Li-CO

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。