[发明专利]一种P掺杂的Co3S4纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种P掺杂的Co₃S₄纳米片及其制备方法和应用，本发明的P掺杂的Co₃S₄纳米片为面心立方超薄片状结构，且P含量约为0.79％。本发明的P掺杂的Co₃S₄纳米片具有优异的OER性能，优于目前市售的RuO₂及IrO₂。本发明的P掺杂的Co₃S₄纳米片通过固液相化学反应制备，在常压和较低的温度下能可控制的合成；同时采用“一锅煮”的方式，利用程序控温模式制备，工艺简单、反应温度低、时间短，适合于批量生产。

技术领域

本发明公开了一种P掺杂的Co₃S₄纳米片及其制备方法和应用，属于纳米领域。

背景技术

能源是人类生活的物质保障，为了应对当前能源和环境危机，促进人类社会的可持续发展，全世界迫切的需要开发新能源和清洁能源，尤其是环境友好型能源和可再生能源，这对解决人们日益増长的物质和资源需求至关重要。近年来，可再生型氢氧燃料电池的开发利用，进一步拓宽了新能源领域的研究范围。而在可再生型氢氧燃料电池的开发过程中，降低析氧反应(OER)的反应过电位，提高反应动力学效率成为商业化应用的关键。研究结果表明，贵金属催化剂(如IrO₂和RuO₂)是目前催化OER性质最好的电催化剂，然而贵金属催化剂价格高昂、储备有限都进一步限制其商业化应用。因此，设计价格低廉、催化活性高及高稳定性的电催化剂势在必行。

近年来，许多结果表明，杂原子掺杂(N、P、B、S等)的催化剂比未掺杂的基底材料具有更好的电催化活性。主要是由于引入杂原子掺杂物之后引起电荷的重新分布，这可以改变小分子化学吸附模式，从而有效调节了催化剂和吸附分子之间的化学键，进一步优化了催化性能。例如：Ouyang等通过电化学沉积法可控合成了P掺杂CoS₂纳米片。通过P掺杂，优化了CoS₂纳米片表面原子排布，促进CoS₂与吸附分子的相互作用，提供了催化HER活性。虽然杂原子掺杂可有效调节催化剂的催化活性，但是还无法与商业催化剂相媲美，且引入杂原子合成条件一般较为繁杂。因此，在可再生型氢氧燃料电池中，运用杂原子掺杂的方法优化获得价格低廉及高效催化剂是目前研究的难点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新型、高效的析氧反应催化剂即P掺杂的Co₃S₄纳米片及其制备方法和应用。

本发明提供一种所述P掺杂的Co₃S₄纳米片，所述的Co₃S₄纳米片为面心立方超薄片状结构，且P含量约为0.7-0.9％，优选0.79％。

本发明提供一种所述P掺杂的Co₃S₄纳米片的制备方法，包括如下步骤：

1)将乙酰丙酮钴(Co(acac)₂)、油酸(OA)、正十二硫醇(DT)、十二胺(DDA)的混合溶液升温至180-220℃，优选200℃，保温反应一段时间；

2)在所述1)的产物中加入三正辛基膦(TOP)溶液，逐步升温至280-320℃，优选300℃，继续保温反应一段时间，得到含有P掺杂的Co₃S₄纳米片的产物；

3)将所述2)的产物在分散液中分散沉降后，进行离心分离，得到P掺杂的Co₃S₄纳米片。

优选地，每份P掺杂的Co₃S₄纳米片的各组分的添加比例为：乙酰丙酮钴1.5mmol、油酸1.5mL、正十二硫醇3.5mL、十二胺3mL、三正辛基膦5mL。