技术摘要：
本发明涉及一种双功能催化剂在用于制备锌空气电池中的应用。通过在硫化物表面包覆多级多孔氮掺杂的碳材料，可以得到一种三维结构的催化剂，其三维海胆状结构有利于氧物种以及电子的传输，从而能够有效提高氧催化性能。该催化剂合成过程简单，使用的原料成本低廉，且性  全部
背景技术：
当今世界，能源问题是人类社会发展的关键问题。随着化石能源的过渡使用，全球 变暖、温室效应、空气污染等环境和污染问题变得日益严峻。燃油汽车使用的石油是不可再 生能源，其运行过程会排放污染气体，而对于纯电动汽车来说，其使用可再生的电源，而且 没有污染排放，电能的转换效率高。所以发展电动汽车是一个具有前景的措施。 对于纯电动汽车的发展，其主要的限制在于动力电池的安全性以及续航能力。目 前普遍使用的锂离子电池，其能量密度相对较低，而且使用有机电解液，安全性面对巨大的 挑战。锌空气电池作为一种直接使用空气中氧气的电化学系统，其比容量主要取决于负极 锌的容量，理论能力密度高达1086  Wh  kg-1，是目前锂离子电池的5倍。 目前，锌空气电池的研究瓶颈主要在于阴极高性能氧催化剂。当前普遍使用的氧 催化剂是贵金属铂/碳和氧化铱，但是其高昂的价格以及较差的稳定性能使得实际应用受 到了极大的限制。最近也报道了一系列的非贵金属催化剂在锌空气方面的应用，但是大多 数催化剂会涉及使用价格高昂的石墨烯/氧化石墨烯或者复杂的制备流程，导致实际的制 备成本也比较高，
技术实现要素：
本发明的目的是为了设计一种制备流程简单的高效的非贵金属的双功能氧催化 剂，将其应用于锌空气电池，从而大幅度减低催化剂的成本，加速锌空气电池的商业化应用 进程。 本发明的第一个方面，提供了： 一种双功能氧催化剂，所述的催化剂是以过渡金属硫化物为内核，并且在外部包覆杂 原子掺杂的碳。 在一个实施方式中，所述的过渡金属是指VIII族的过渡金属；更优选，是指钴、镍 或者铁。 在一个实施方式中，所述的过渡金属硫化物是指硫化钴、硫化镍或者硫化铁。 在一个实施方式中，所述的杂原子是指氮。 在一个实施方式中，所述的杂原子掺杂的碳具有多级结构。 本发明的第二个方面，提供了： 双功能氧催化剂的制备方法，包括如下步骤： 3 CN 111554940 A 说　明　书 2/5 页 将过渡金属水合硝酸盐与硫脲混合并研磨至粘稠的溶液，然后将三聚氰胺加入，研磨 至均匀，然后置于通有惰性气体的管式炉中煅烧，再用盐酸洗涤煅烧产物，即得。 在一个实施方式中，所述的过渡金属水合硝酸盐是六水合硝酸钴、六水合硝酸镍 或者九水合硝酸铁。 在一个实施方式中，过渡金属水合硝酸盐和硫脲的质量比为1:2～2:1。 在一个实施方式中，三聚氰胺和过渡金属水合硝酸盐/硫脲混合物的质量比为1:1 ～3:1。 在一个实施方式中，惰性气体为氮气。 在一个实施方式中，管式炉的升温速度是5℃/分钟，最高温度为700～900度，煅烧 时间为3h。 在一个实施方式中，使用得盐酸为1摩尔/升的盐酸。 本发明的第三个方面，提供了： 上述的双功能氧催化剂在锌空气电池中的应用。 在一个实施方式中，锌空气电池是指液态锌空气电池和固态锌空气电池。 在一个实施方式中，所述的双功能氧催化剂用于提高氧还原和氧析出性能。 在一个实施方式中，所述的双功能氧催化剂用于提高锌空气电池的功率密度。 在一个实施方式中，所述的双功能氧催化剂用于提高锌空气电池的放电稳定性。 在一个实施方式中，所述的双功能氧催化剂用于提高锌空气电池的循环稳定性 能。 本发明的第四个方面，提供了： 一种锌空气电池，其中包含有作为正极材料的上述的双功能氧催化剂。 有益效果 本发明制备的催化剂，制备流程简单，原料成本低廉，催化剂的性能可媲美商业化的铂 碳和氧化铱贵金属催化剂。 采用一锅法高温过程中两种不同材料的分解温度从而得到具有双活性位点的氧 催化剂，将过渡金属硫化物与杂原子掺杂碳进行复合后，通过对比该双功能催化剂和铂碳/ 氧化铱混合物在锌空电池应用中的功率密度、放电能量密度和循环性能，发现所制备的材 料具有优异的电化学性能。 另外，本发明的氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂应用在柔性全固态锌空气电池中也 具有较好的性能。本发明涉及到一种双功能氧催化剂，性能优越，制备方法非常简单，成本 较低，适合于大规模制备，有益于商业化。 附图说明 图1是氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂的表征结果，其中(a)  区域扫描电镜图，(b)  区域透射电镜图，(c) 区域X射线粉末衍射图，和(d) 区域拉曼光谱图。 图2是氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂的氮气吸脱附曲线。 图3是氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂和铂碳催化剂在0.1摩尔/升的氢氧化钾溶液 中的氧还原性能测试。 4 CN 111554940 A 说　明　书 3/5 页 图4是氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂和氧化铱催化剂在0.1摩尔/升的氢氧化钾溶 液中的氧析出性能测试。 图5是氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂和铂碳催化剂组装成锌空气电池的电压-电 流密度和功率-电流密度曲线。 图6为氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂和铂碳催化剂组装成锌空气电池在10毫安/ 平方厘米的电流密度下测试的能量密度曲线。 图7为氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂组装成锌空气电池在10毫安/平方厘米的电 流密度下长时间放电稳定性。 图8为氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂和铂碳/氧化铱混合催化剂组装成锌空气电 池在2毫安/平方厘米的电流密度下测试的充放电性能。 图9为氮掺杂碳包覆的硫化钴催化剂组装成柔性固态锌空气电池在1毫安/平方厘 米的电流密度下测试的不同弯折状态下的充放电性能。