[发明专利]CoS纳米颗粒/N掺杂RGO析氢复合材料的制备方法

说明书

本发明属于材料合成技术领域，公开了一种具有析氢效果的CoS纳米颗粒/N掺杂RGO复合材料的制备方法。本发明通过简单的一步溶剂热法合成前驱体，然后通过高温煅烧生成CoS纳米颗粒/N掺杂RGO复合材料，用于酸性条件下提高析氢性能。本发明的优点在于绿色环保，成本低，制备工艺简便，制得的催化剂易于大规模工业化生产并具备优异的电催化活性及良好的析氢稳定性。杂环原子N引入到CoS/RGO中，形成几何缺陷和杂原子的协同效应，能够降低碳材料对于氢离子的吸附自由能，更有利于氢气的析出，能够显著提高CoS的电化学性能。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及了CoS纳米颗粒/N掺杂RGO复合材料的制备方法及其用于电化学析氢的催化剂的用途。

背景技术

最近，人类面临着日益严重的环境污染和能源危机，当前开发和利用清洁有效的能源是解决目前危机的重要挑战之一。从能源清洁及可循环的角度考虑，氢能作为一种高效、清洁、环保的二次能源具有资源丰富，热值高，环保无污染，利用形式多样等特点，已被普遍认为氢是一种理想的新能源，有着无可比拟的巨大优势和无限广阔的应用前景。然而如何通过有效的途径获得较为廉价的氢能源，是目前科研工作者研究的主要内容之一，地球上水资源丰富，通过水的电解获得氢气是有效的途径之一，但是水的电解能源转化效率低是制约其工业化生产的因素之一，因此设计和开发高性能的电解水的催化剂具有极其重要的意义。

近几年，过渡金属硫化物在能源存储及在电催化中的潜在应用得到了研究工作者的广泛关注。过渡金属Co、Ni、Fe硫化物是一类重要的HER催化剂，对MEx(M:Fe、Co、Ni；E:S、N、P)一系列硫化物催化析氢性能研究表明，在酸性电解液中，CoS₂、NiS₂、CoP、NiP等具有较好的电化学析氢性能。最近，CoS纳米粒子析氢性能也被研究者所关注，Sun等人用微波加热法成功合成了CoS纳米粒子，并研究了微波加热时间不同对CoS在中性溶液中析氢性能的影响。但是CoS电子传递速率慢，易团聚，稳定性差等缺点，限制了其析氢性能。本发明通过还原氧化石墨烯对CoS进行改性，增大其电子传导速率，从而增大其导电性，通过引入杂环原子氮，改变纳米粒子间层间距，进一步扩大活性位点，有效的提高了CoS电化学析氢性能。

发明内容

本发明旨在提供CoS纳米颗粒/N掺杂还原氧化石墨烯(CoS纳米颗粒/N掺杂RGO)析氢复合材料的制备方法，该方法通过简单的溶剂热法制得前驱体，在通过高温煅烧的方法获得CoS纳米颗粒/N掺杂RGO复合材料。本发明制备的CoS纳米颗粒/N掺杂RGO复合材料可显著提高单体的析氢性能。

CoS纳米颗粒/N掺杂RGO析氢复合材料的制备，具体包括以下步骤：

(1)称取一定量的Co(NO₃)₂·6H₂O溶解到去离子水中，得到分散液A；

(2)称取一定量的双氰胺(DCDA)溶解到去离子水中；将DCDA溶液缓慢注入到得到分散液A溶液中，充分搅拌均匀得到分散液B；

(3)然后取GO溶液缓慢注入分散液B溶液中，搅拌，在超声仪中超声，得到分散液C；

(4)在剧烈搅拌下，将NH₃·H₂O点滴注入到分散液C中，调节溶液pH到10，形成墨绿色溶液D；

(5)称取一定量的C₂H₅NS溶解在去离子水中，在剧烈搅拌下将溶液缓慢注入到墨绿色溶液D中，剧烈搅拌直至反应完全；然后将其转入水热釜中，水热反应结束后，待其冷却到室温将其取出，用去离子水和乙醇洗涤5次，冷冻干燥，得到黑色粉末；

(6)将冷冻干燥后的黑色粉末转移到坩埚中，在N₂范围中程序升温至煅烧温度，煅烧结束后，取出研磨，得到CoS纳米颗粒/N掺杂RGO析氢复合材料。