[发明专利]一种空心管状CoSe2

说明书

本发明公开了一种空心管状CoSe₂纳米材料及其制备方法和应用。首先，制备出实心结构的Co前驱体一维纳米材料；进一步，在液相环境中将实心结构Co前驱体一维纳米材料硒化为正交相CoSe₂构成的空心管状纳米材料。与现有技术相比，本发明工艺设备简单、所用原材料成本低，产品收率高，所制备的材料因其组成物相和结构的特点，可作为应用为电解水析氢反应催化剂，表现出优良的催化析氢性能，在电分解水制氢领域具有巨大潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于无机微纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种空心管状CoSe₂纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统化石能源因其不可再生性和使用时产生大量的温室气体，导致了能源危机和全球变暖问题。为了解决这些日渐严重的问题，人们正积极寻求可替代传统化石燃料的清洁能源。氢气，具有高质量比的能量密度，而且在使用过程中对环境的影响很小，因此被认为是一种理想的清洁能源。

利用氢气作为能源，首先需要能够大规模的制取氢气。水，因其储量丰富、可再生的特点，使得电化学分解水被认为最有可能成为大规模制氢的方法。因此电化学分解水制备氢气技术的发展备受关注。然而，电化学分解水制氢的重要半反应—析氢反应(HER)存在较大的过电位。过大的过电位的存在导致了电解水制氢过程的能耗过高，这的成为了制约电解水制氢实际应用的主要问题。

为了解决这个问题，大量的努力致力于开发用于减少能量障碍并提高反应速率的电催化剂。Pt族的金属是最有效的电催化剂，其在酸溶液中的接近零的过电位。遗憾的是，稀缺性和这些贵金属的成本高，严重阻碍了其在商业电分解上的广泛使用。所以找寻贵金属替代品的HER催化剂成为研究重点内容。基于地球上储量丰富，价格便宜的过渡金属来制备电催化分解水的催化剂，是目前非贵金属HER催化剂的研究热点内容。目前，一系列的金属硫化物如MoS₂、 WS₂、FeS₂、NiS₂、CoS₂等被报道可作为有效的HER电催化剂。

硒(Se)和硫(S)为同主族元素，这两个元素具有相似之处。因此，相对于金属硫化物，金属硒化物对HER也有相似的催化活性。同时，硒的金属性明显的强于硫，表现出更好的导电性。这意味着，金属硒化物相比于金属硫化物可能表现出更好的HER催化性能。材料的催化活性，与材料的物相、结构、形貌等多种因素有关。所以，寻找工艺简单、成本低廉的方法，获得具有特定物相、形貌结构的CoSe₂材料，并应用于催化电解水析氢反应，是十分必要的，这将为电分解水制氢工艺的发展与应用提供更多的科学依据和技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心管状CoSe₂纳米材料及其制备方法和应用，其制备过程原料价廉，工艺及设备简单，生产成本低，易实现规模化生产，且所得到的材料具有良好的电催化性能。

本发明采取的技术方案为：

一种空心管状CoSe₂纳米材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

A、将钴盐和尿素加入去离子水中，搅拌至完全溶解，将溶液移入反应釜中，进行水热反应；

B、反应结束，自然冷却至室温，分离溶液与产物，将分离所得产物进一步清洗、干燥，得到Co前驱体；

C、将一定量步骤B中所得Co前驱体均匀分散在N，N-二甲基甲酰胺中，再加入硒源的水合肼溶液；搅拌混合均匀后，将该溶液移入反应釜中，进行水热反应；

D、反应结束，自然冷却至室温，分离溶液与产物，将分离所得产物进一步清洗、干燥，得到空心管状CoSe₂纳米材料。

步骤A中，所述钴盐为含结晶水或不含结晶水的硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴中的一种或多种。