1.一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂,其特征在于,以一维的纤维素纳米纤丝(CNF)和高N含量的芳纶纳米纤维(ANF),二维的氧化石墨烯(GO)通过特定的定向冷冻浇铸和冷冻干燥,制备出多孔纳米片层相互连接的3D蜂窝状气凝胶前体,通过CNF和GO表面的大量负电基团吸附低沸点金属Cd,在热解过程中引入二茂铁,随着Cd的挥发和Fe的引入,制备出具有Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂。
2.基于权利要求1所述的一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤;
步骤1):使用现有的改性Hummers方法,以石墨粉为原料,经过氧化,过滤,洗涤,透析,离心和干燥得到GO;
步骤2):取制备得到的GO加入到水中搅拌超声至均匀,记为溶液A;另外取不同质量比的CNF与ANF分散液搅拌超声至均匀,记为溶液B,将A加入到B中,搅拌形成均匀的混合体溶液,放置在自制的冷冻浇铸装置上进行定向冷冻干燥,得到复合气凝胶;
步骤3):将所获得的复合气凝胶放置在配置好的一定浓度的金属盐溶液中进行浸泡,再干燥后得到负载金属的复合气凝胶;
步骤4):将一定量的铁源和负载金属的复合气凝胶在惰性气体中高温碳化处理得到Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中金属盐溶液氯化镉半(五水合物)溶液,所述步骤4)中铁源为二茂铁。
4.根据权利要求2所述的一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤4)中二茂铁与气凝胶的比例为5:1~1:15。
5.根据权利要求2所述的一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤2)中GO的添加量为5‑25mg,所述步骤2)中溶液A与溶液B的固含量比例为1:1~1:10,CNF与ANF质量比为2:1~1:6。
6.根据权利要求2所述的一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤3)中金属盐溶液浓度为:0.2mol/L~0.6mol/L。
7.根据权利要求2所述的一种Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤4)包括:将二茂铁与步骤3)得到的复合气凝胶放置在带盖密封的氧化铝坩埚的前后两侧,在氩气下进行碳化处理,所述升温速率为1℃/min~10℃/min碳化温度为600~900℃,碳化时间为1~4h,得到Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂。
8.基于权利要求1‑7任一项所述的所述Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂,其特征在于,所述Fe单原子负载的N掺杂碳气凝胶电催化剂应用于金属‑空气电池。