[发明专利]八硫化九钴与二氧化钛的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种八硫化九钴与二氧化钛的复合材料及其制备方法和应用，该制备方法，通过水热法，反应生成了Co(OH)₂CO₃纳米线，以此为载体，通过原子层沉积TiO₂，得原子层沉积的TiO₂@Co(OH)₂CO₃纳米线，通过硫化钠硫化，得八硫化九钴与二氧化钛的复合材料。该复合材料包括：TiO₂中空管以及复合在TiO₂中空管上的Co₉S₈纳米片。该复合材料具有卓越的析氢性能和析氧性能，同时具有低的过电位和高循环寿命等特点，是一种高效的多功能的电解水催化剂，在移动通讯、电动汽车、太阳能发电和航空航天等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及电催化剂复合电极材料领域，具体涉及一种八硫化九钴与二氧化钛的复合材料及其制备方法和和作为电解水催化剂应用。

背景技术

当今社会，随着世界人口的快速増长和工业的蓬勃发展，对能源的消费需求越来越大，能源危机问题日益凸显。并且，传统化石能源的使用给自然环境也带来了严重的污染。为了实现人类社会的可持续发展，新型可再生清洁能源的开发己经是各国政府和科学家们迫切关注的焦点。

氢能作为一种最具潜力的新型清洁能源，受到人们的广泛关注。而在众多制备氢气的途径中，电化学分解水制氢是最具实际应用潜力的产氢方式，受到广泛的关注和研究。同样的，氧气也是一种重要的能源，在燃料电池设备和金属空气电池等受到广泛的应用。在电化学析氢和析氧反应当中，最核心的是高性价比电催化剂。髙效的电催化剂可以减小反应的过电位，提高催化效率，同时需兼具良好的化学和结构稳定性。

因此，发展和设计成本低廉，且性能优越的多功能析氢和析氧反应电催化剂是实现电能和化学能髙效转换的关键，成为目前科学家们研究的热点。

申请公布号CN 103545116A(申请号为201310438808.3)的中国发明专利申请公开了一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，由泡沫镍表面附着管状纳米八硫化九钴构成，所述的管状纳米八硫化九钴的管长10～25μm，管子外径100～280nm。所述的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的制备方法，步骤包括：A、将钴盐和尿素溶于水中制备混合溶液，混合溶液中钴盐浓度为0.02mol/L～0.1mol/L，尿素的浓度为0.1mol/L～0.4mol/L，将干净的泡沫镍浸入混合溶液中，在95℃～140℃反应2～10小时，冷却，去除洗涤干净、干燥制得前驱物；B、将步骤A制得的前驱物放入反应釜中，加入含S^2-0.02mol/L～0.1mol/L的盐的溶液至浸没前驱物，加热至100～140℃，反应2h以上，取出洗涤，干燥，即制得泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，用该材料制备的超级电容器性能优异。但该材料不适合作为电解水催化剂。

发明内容

本发明的目的在于针对贵金属催化剂自然丰度低和只具备单一催化功能的劣势，提供了一种八硫化九钴与二氧化钛的复合材料及其制备方法和应用，该复合催化电极材料兼具有卓越的析氢性能和析氧性能，是一种高效的多功能的电解水催化剂。

一种八硫化九钴与二氧化钛的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硝酸钴、尿素和氟化氨溶于去离子水中，搅拌混合均匀形成混合溶液，加入到反应器中，以泡沫镍为基底，密封并加热，进行水热反应，制得作为模板的Co(OH)₂CO₃纳米线；

(2)将步骤(1)中所制得的Co(OH)₂CO₃纳米线放置于原子层沉积仪中，利用原子层沉积，在Co(OH)₂CO₃纳米线上沉积TiO₂层，得到作为模板的TiO₂包覆Co(OH)₂CO₃纳米线；