[发明专利]一种多级孔原位碳电极的滴涂制备法

说明书

本发明提供一种多级孔原位碳电极的滴涂制备方法，将钼盐、钴盐和Tx‑100等含碳有机物溶于挥发非水溶剂，并加入硫脲作为硫源，获得Mo‑Co‑C‑S前躯液；上述前躯液涂布到碳基底上，干燥后在Ar气流中或N₂气流中，退火硫化得到多孔原位CoMo₂S₄‑C电极，其中CoMo₂S₄被包覆在孔中，然后将该电极于稀酸中80℃反应24h，溶解电极中的CoMo₂S₄颗粒；最终形成多级孔原位碳电极。本发明技术方案得到的产品具有设备要求低、所需原料成本低廉、反应条件易于控制、生产工艺简单、所形成的产品一致性好，环境污染小等多个优点，可用于HER、OER和ORR的多功能电催化剂。

技术领域

本发明涉及原位电极及其制备，属于能量存储和转换材料与器件领域。

背景技术

多孔材料超高的比表面积以及体积比，是其不同于一维材料的重要性质，有利于质量和热传输，以及离子扩散。它们为吸附、催化和电能存储等领域的应用提供了机会。在各种多孔纳米结构材料中，碳基材料因其广泛的可用性、优异的电导率和导热性、化学稳定性以及相对容易的功能化或杂化而备受关注。近十年来，合成策略的快速发展为制备具有可控厚度、可调孔径和表面积以及特定表面官能团的多孔碳材料提供了可能。孔结构是影响碳基材料在吸附、催化、电子器件等诸多领域性能的关键因素。一般而言，微孔是大表面积、高吸附容量和高电容的关键因素。然而，对于传统的多孔碳，由于微孔的动力学问题阻碍了其应用。它是对传统制备多孔碳的方法的补充，通过在整个结构中引入中孔甚至大孔来提高质量和传热。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多级孔原位碳电极的滴涂制备方法，该方法具有设备要求低、所需原料成本低廉、反应条件易于控制、生产工艺简单、所形成的产品一致性好，环境污染小等优点，可用于吸附、催化和电能存储等领域，对于原位电极的批量生产有重大意义。

为此，本发明提供了一种以Mo-Co-C-S为前驱液，涂布在基底上成膜后，再制备出多级孔原位碳电极的方法，包括如下步骤：

第一步、在室温搅拌条件下，将钼盐、钴盐和Tx-100或苯胺以及其他有机物溶于N,N-二甲基甲酰胺等极性易挥发溶剂，加入硫脲作为硫源，获得Mo-Co-C-S前躯液，其中Mo、Co原子的混合溶液浓度为100~900 mM，Tx-100与非水溶剂的体积比为0.03~2。该步骤的意义在于：前驱液内Tx-100不仅可以提供碳元素，而且具有一定粘性，易于涂布且可以增加负载量；反应试剂均匀分散，获得均匀混合的前躯液为制备均匀的多级孔原位碳电极打下良好基础；以硫脲作为硫源可有效减少空气污染，安全可控易操作。

第二步、将上述前躯液滴涂或旋涂到基底上，如碳纸、碳布、铜或镍箔，于空气或真空中加热至70~100℃快速干燥，该步骤的意义在于：N,N-二甲基甲酰胺快速挥发后留下由Mo盐、Co盐、Tx-100和硫脲均匀混合的前驱膜层，保证后续高温退火反应后仍获得均匀的含钼钴硫化物的多孔碳膜。

第三步、将步骤二中前驱膜于Ar气流中或N₂气流中，经600~1000℃烧结30 min~4h，随炉冷却取出即可得到钼钴硫化物的多孔碳膜的复合原位电极。

第四步、将步骤三所得含钼钴硫化物的多孔碳膜复合原位电极在稀酸中于60~100℃反应10~24小时（优选为80℃下反应24h），以溶解被包覆的钼钴硫化物。

所述溶解所用稀酸包括0.5~2 M HNO₃、0.5~2 M HCl、或0.5~2 M H₂SO₄。