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
文献发布时间:2023-06-19 18:34:06
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。
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