[发明专利]一种电解水制氢用催化剂Co9S8及其制备方法

说明书

本发明属于电解水制氢技术领域，公开一种电解水制氢用催化剂Co₉S₈及其制备方法。以N,N‑二正丁基二硫代氨基甲酸钴为前驱体，将前驱体、有机磷和有机胺在惰性气氛保护下升温至220‑270℃，回流3.5‑14 h，冷却至室温，加入乙醇，然后离心，再依次用正庚烷、氯仿分别洗涤离心所得固体物质，最后室温下真空干燥，即得催化剂Co₉S₈。本发明采用简单的方法制备了Co₉S₈催化剂，所制备的Co₉S₈催化剂用于电解水制氢具有很高的活性和稳定性。

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，具体涉及一种电解水制氢用催化剂Co₉S₈及其制备方法。

背景技术

能源的可持续生产、环境的可持续发展是当今社会面临的主要问题，化石燃料的逐渐枯竭和造成的环境污染日益威胁着人类的生存。这也预示着能源发展，将综合考虑资源、效率、环境友好等诸多因素。氢作为二次能源使用，不仅能效高而且几乎不产生废弃物，具有清洁、高效、来源广泛及可再生性等特点。发展氢能不仅能提高能效、降低石油消费，还能保证能源安全、改善生态环境，也促进了能源的多元化发展。

氢能系统包括制氢、储氢和氢能应用三方面，制氢是氢能应用的基础。目前制氢的技术很多，比如化石燃料制氢、光解海水制氢、生物制氢技术等，就长远和宏观而言，氢的主要来源是水，以水裂解制氢应是当代高科技的主攻方向。其中，电解水制氢的关键在于一种高效的电催化剂。

贵金属Pt虽然在催化制氢方面具有较高活性，但其高昂的价格限制其工业化发展道路。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种电解水制氢用催化剂Co₉S₈及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种电解水制氢用催化剂，分子式为Co₉S₈，结构为二维纳米片。

所述电解水制氢用催化剂的制备方法：

以N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸钴为前驱体，将前驱体、有机磷和有机胺在惰性气氛保护下升温至220-270 ℃，回流3.5-14 h，冷却至室温，加入乙醇，然后离心，再依次用正庚烷、氯仿分别洗涤离心所得固体物质，最后室温下真空干燥，即得催化剂Co₉S₈；其中，前驱体、有机磷和有机胺的用量按质量比计为50-70 mg∶1.0-2.5 g∶3.5-7.0 g；每50-70 mg前驱体添加乙醇至少8 mL。

本发明中，优选N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸钴按下述方法制备获得：

先将甲醇置于冰水浴中，然后向甲醇中加入NaOH、二丁胺、CS₂、CoSO₄·7H₂O溶液，搅拌至少3.5 h，抽滤，再用水洗涤抽滤物，室温下真空干燥，最后采用乙醇对干燥产物进一步重结晶提纯，得到N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸钴；其中，CS₂、CoSO₄·7H₂O溶液、二丁胺的用量按S∶Co∶N=4∶1∶2的摩尔比计，每0.03 mol CoSO₄·7H₂O添加甲醇70-100 mL、NaOH2.4-3 g，所述CoSO₄·7H₂O溶液的浓度为0.4-0.5 mol/L。