[发明专利]一种钴掺杂的硫化钒电催化剂的制备及应用

说明书

本发明公开了一种钴掺杂的硫化钒纳米粒子电催化剂的制备方法及其在作为电催化裂解水产氢催化剂方面的应用。属于催化剂合成技术与应用领域。本发明以富硫有机物为硫源，以金属钒盐为钒源，金属钴盐为钴源，通过机械法混合均匀后通过一步煅烧得到钴掺杂的硫化钒纳米粒子，钴掺杂的硫化钒纳米粒子材料化学组成均一和在全PH电解液中有电催化活性的产氢电催化剂。本发明合成原料廉价，合成方法简单，生产成本低，可控性高。

技术领域

本发明属于催化剂的合成与应用技术领域，具体涉及一种钴掺杂的硫化钒纳米粒子电催化剂的制备方法及其在作为电催化裂解水产氢催化剂方面的应用。

背景技术

面对全球能源危机和相关的环境问题，氢被认为是最佳的绿色能源载体，因为它的热值高且燃烧产物是水。水在地球上含量丰富，人们发现，氢气可以由水电解生成。在酸性溶液中，铂(Pt)催化剂可以高效地进行电解水析氢反应(HER)。但是，由于铂金属的昂贵与稀少，其使用范围被严重限制，因此，寻找丰富而廉价的催化剂材料以替代Pt是一项重要的课题。

过渡金属硫属化物由于其有趣的物理和化学性质，近年来被广泛地研究，二硫化钨(WS₂)、二硫化钴(CoS₂)等都可以用作HER催化剂。实验和理论研究表明，Co掺杂到WS₂晶格中，可以显著地增强催化性能。

申请号为CN108046338A的中国专利“一种钴掺杂二硫化钼原位电极及其制备方法”提供一种在室温下，将氯化钼溶于乙醇溶液中，再加入金属钴盐，再加入硫脲，搅拌溶解，得到Co-Mo-S前驱液；将上述前躯液滴涂或旋涂到基底上，70-100℃快速干燥，得到前驱膜；将步骤二中前驱膜于氩气或氮气保护中经500-800℃烧结0.5-2h，随炉冷却取出即可得到钴掺杂二硫化钼原位电极。原位Co掺杂MoS₂电极生长具有相对于热解Pt电极更好的稳定性。申请号为CN105948126B的中国专利“钴掺杂硫化钨纳米片、其制备方法及电化学析氢的用途”将硫化钨纳米片和氧化钴纳米线为原料，通过化学气相沉积(CVD)方法制备钴掺杂硫化钨纳米片。本发明所合成的Co_xW_(1-x)S₂纳米片具有化学性稳定、结晶性好和高电化学活性面积等优点；本发明的钴掺杂硫化钨纳米片电化学析氢性能良好、稳定性好。目前，V₃S₄还没有被用于电催化产氢方面的研究,我们进一步验证掺杂一定量钴的V₃S₄有好的产氢活性。

本发明公开了一种钴掺杂的硫化钒纳米粒子电催化剂的制备及其在作为电催化裂解水产氢催化剂方面的应用。本发明通过机械法混合均匀后通过一步煅烧得到钴掺杂硫化钒纳米粒子，钴掺杂后物相对应V₃S₄标准卡片，材料的化学成分均一和在全PH电解液中有电催化活性的产氢电催化剂。

发明内容

本发明公开了一种钴掺杂的硫化钒纳米粒子电催化剂的制备方法及其在作为电催化裂解水产氢催化剂方面的应用。本发明以富硫有机物为硫源，以金属钴盐为钴源和金属钒盐为钒源，通过机械法混合均匀后通过一步煅烧得到钴掺杂的硫化钒纳米粒子，钴掺杂后物相对应V₃S₄标准卡片，成分均一并且在全PH电解液中产氢活性有一定的提高。

具体技术方案如下：一种钴掺杂的硫化钒纳米粒子电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：首先将金属钒盐、钴源与富硫有机物三种物质放在研钵里研磨30min，得到均匀的混合物；

步骤二：检查管式炉的气密性；得到的混合物放入管式气氛炉内进行煅烧，温度范围为700℃，保温时间为3h，得到黑色粉体。

进一步地，富硫有机物与钒源，钴源摩尔比为3：1:（5-10）。

进一步地，所述金属钒盐为三氯化钒和偏钒酸胺。