[发明专利]一种钛片基底上二硫化钴纳米带组装结构的合成方法

说明书

本发明涉及一种钛片基底上二硫化钴纳米带组装结构的合成方法，包括钛基底上氢氧化钴纳米带的合成、钛基底上四氧化三钴纳米带的制备、钛基底上二硫化钴纳米带的制备等步骤，制备得到钛片基底上二硫化钴纳米带组装结构。与现有技术相比，本发明简单易行，重复性好，得到的二硫化钴纳米带形貌新颖，均匀分布在钛基底表面，结构稳定，而且与钛基底牢固接触，有利于电子传输和界面反应。本产品可直接作为二维电极材料，广泛应用于电催化领域，具有优异的电解水产氢性能。

技术领域

本发明涉及一种产氢催化剂的合成方法，尤其是涉及一种钛片基底上二硫化钴纳米带组装结构的合成方法。

背景技术

氢能源作为一种新兴的可再生能源，其开发技术伴随着产氢催化剂材料的研发而不断发展。因此研制具有高效催化性能、成本低、无污染的产氢电极材料，已经成为氢能源领域的热点。纳米电极材料由于其具有较大的比表面积及表面活性，在电催化产氢领域展现出了良好的电化学应用价值。目前，铂族贵金属材料为已知的最高效的电催化产氢材料，但是由于其储量有限、成本过高，导致其应用范围受到了限制，因此研发出非贵金属产氢催化剂，如金属硫化物、金属硒化物、金属碳化物等价格低廉、易制得的新型材料，正日益受到人们的广泛关注。

在电解水产氢体系中，产氢催化剂起到的主要作用是减小反应过程中自由能的变动幅度，从而使析氢反应能够平稳顺利地进行。在第一行过渡金属双硫化物(FeS₂、CoS₂、NiS₂)分子结构中，金属原子与周围的硫原子以八面体形式相连接，这种结构与生物系统中的析氢催化剂氢化酶的活性位点相似，因此具有催化产氢的性能，特别是具有类金属导电性的二硫化钴，在电解水产氢领域表现出了优异的催化活性。目前，在导电基底上原位生长的二维或者三维电极材料，由于其无需粘合剂的固定、电极材料和基底紧密接触等特点，从而具有操作简便、电子更易传输等优势，逐渐成为产氢电极材料的研究热点。

在导电基底上生长二硫化钴的形貌包括纳米线、纳米片、三角锥等，但是由于纯相二硫化钴的催化产氢性能无法有进一步的提升，因此多数工作依赖于对二硫化钴进行掺杂或者合成双金属硫化物复合材料，导致制备材料的流程较繁琐，可控性不强，产物不均一。基于上述问题，我们发展了一种以钛片为基底的组装结构二硫化钴纳米带的合成方法，产品形貌新颖，结构稳定，产率高且分布均匀，操作简便可控，产氢性能有了一定程度的提升，且优于由溶液相前驱体转化而来的非组装结构二硫化钴纳米带的催化性能，有望广泛应用于超级电容器、锂离子电池、全电解水产氢产氧等领域。

中国专利CN104402065B公开了类球形二硫化钴纳米粉体的制备方法，将分析纯的CoCl₂·6H₂O加入到去离子水中得到溶液A；向A溶液中加入分析纯的硫脲SC(NH₂)₂，得到溶液B；向溶液B中加入稀盐酸或氢氧化钠溶液调节pH得溶液C。将上述制备的溶液C倒入水热反应釜中，然后密封反应釜，将反应釜放入温压双控微波加热炉中，选择温控模式进行水热反应，然后分别采用稀盐酸，二硫化碳，去离子水，无水乙醇洗涤既得黑色类球形CoS₂纳米粉体。该专利的反应体系需要进行pH值的调节及校准，且在收集产物后需要进行充分的清洗以除去副产物。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简便，可控性强的钛片基底上二硫化钴纳米带组装结构的合成方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种钛片基底上二硫化钴纳米带组装结构的合成方法，采用以下步骤：

(1)钛基底上氢氧化钴纳米带的合成：称取钴盐和表面活性剂，溶于水和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合液，逐滴加入过氧化氢溶液，然后转入反应釜，投入干净裸钛片，封装，置于高温下反应，取出钛片，依次用乙醇和去离子水冲洗干净并烘干，得到自组装型的Co(OH)₃/Ti；