[发明专利]一种二碲化钴电催化析氧复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二碲化钴电催化析氧复合材料及其制备方法和应用，该复合材料是二碲化钴纳米粒子负载在氮掺杂的石墨碳框架复合而成，其表达式为CoTe₂@N‑GC，属于新能源纳米材料合成技术领域。以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF‑67为模板并作为钴源，以单质碲作为碲源，在氩氢混合气的气氛中通过调整反应温度和反应时间，从而一步法完成咪唑碳化和碲化过程，得到一种以氮掺杂的石墨碳框架为支撑的二碲化钴纳米粒子复合材料。本发明的合成方法可以解决现有合成技术过程繁琐、周期较长、均匀性差等问题以及丰富过渡金属硫族化合物中碲化物的研究发展。该材料表现出优异的电催化析氧性能，适用于新能源开发领域。

技术领域

本发明属于新能源纳米材料合成及电化学技术领域，具体地说，涉及一种二碲化钴电催化析氧复合材料及其合成和应用。

背景技术

随着化石能源的逐渐减少和化石能源燃烧后造成的环境问题日益突出，绿色新能源技术成为科技发展的一个重要方向。电化学析氧反应在各种能量转换和存储技术方面起着重要的作用，对于电分解水而言，它的反应速度主要是由复杂而动力学缓慢的析氧反应所决定。使用高效的电化学析氧反应催化剂则可以解决其动力学缓慢过程。然而，当前用于析氧反应的电催化剂仍存在成本高、效率低、稳定性差等不足。因此，开发制备高效率、低成本的析氧电极材料是可再生能源技术研究的核心问题之一。

二维过渡金属硫族化合物(TMD)因其在光电子、生物、能源等领域的突出性质，引起了科学家们的广泛兴趣。优异的催化活性、低廉的价格和丰富的矿藏，使其被看作是极有希望代替贵金属的新型电化学析氧催化材料。现如今，MoS₂、CoS₂,、MoSe₂、CoSe₂等形式的过渡金属硫族化合物取得了较大的发展和比较广泛的应用，而对于过渡金属硫族碲化物，相较于硫化物和硒化物有更好的金属性，理论上具有更大的研究价值和更广泛的应用前景，但目前对于碲化物的研究还相对较慢，深度也相对较浅。

因此，制备理想的新型过渡金属硫族化合物材料并作为电化学催化材料的研究是该领域具有挑战性的新课题。

发明内容

本发明提供了一种二碲化钴电催化析氧复合材料及其合成方法和应用，解决了目前关于过渡金属碲化物研究不足的问题。

本发明针对目前过渡金属碲化物化学合成方法周期长、步骤繁琐、可控性差等一系列问题，提供了一种利用ZIF-67为模板，一步法合成负载在氮掺杂的多孔碳框架上的二碲化钴纳米粒子复合材料。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种二碲化钴电催化析氧复合材料，所述复合材料为以氮掺杂的多孔碳框架支撑的二碲化钴纳米粒子，其表达式为CoTe₂@N-GC。N-GC表达的是氮掺杂的多孔石墨碳。

另一方面，本发明还提供了上述二碲化钴电化学催化析氧复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)ZIF-67前驱体的制备；

(2)ZIF-67的高温碳化和碲化。

进一步地，上述二碲化钴电化学催化析氧复合材料具体制备步骤如下：

(1)ZIF-67前驱体的合成方法如下：将2-甲基咪唑溶解于甲醇中成溶液A，将六水合硝酸钴溶解于甲醇中成溶液B，其中溶液A的摩尔浓度为溶液B摩尔浓度的3-4倍，将相同容积的溶液B倒入溶液A中，室温下搅拌20-30h，用无水乙醇和去离子水洗涤三次，50-70℃下真空干燥6-16h，得到ZIF-67前驱体；