[发明专利]一种过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料的制备方法及应用，其制备方法：将钴盐和过渡金属盐分散在水和醇的混合溶液中，加入氨和胺混合溶液，在室温下快速生成过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料，直接在体系中加入全氟磺酸聚合物，将制备得到的溶液负载到泡沫镍上，干燥后得到电极材料，该电极材料可以应用于催化电解水。本发明提供了一种简单且低成本的合成过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料的方法，该材料对催化水裂解具有高效的活性。

技术领域

本发明涉及电化学领域高效电催化水裂解技术，具体涉及一种过渡金属掺杂纳米α-Co(OH)₂材料的制备方法及其催化水裂解的应用。

背景技术

近代以来，由于工业的不断发展，能源危机和环境污染越来越严重，因此寻找可再生的清洁能源显得迫在眉睫。电催化裂解水制氢在能源的转换和存储方面有着重要的应用，然而要达到高效裂解水仍然是一个重大挑战，目前电催化裂解水制氢需要使用铂、钌、铒、钯的贵重稀有金属类化合物为催化剂，催化剂成本偏高，很难大规模应用，近年来过渡金属纳米材料被证明是比较好的替代材料（Science,2016, 352, 6283），但现有的方法存在制备方法复杂、成本高的缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的制备方法及其在催化水裂解中的应用，该方法将钴盐和过渡金属盐分散在水和醇的混合溶液中，加入氨水和有机胺混合溶液，在室温下快速生成过渡金属掺杂的纳米α-氢氧化钴材料，直接在体系中加入全氟磺酸聚合物，将制备得到的溶液负载到泡沫镍上，干燥后得到电极材料，该电极材料可以应用于催化电解水。

实现本发明目的的具体技术实施方案是：

一种过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：钴盐和过渡金属盐前驱体溶液的配制

先将钴盐和过渡金属盐溶解在水中，在磁力搅拌下加入醇类溶剂，搅拌均匀后得到前驱体溶液；其中，所述钴盐与过渡金属盐的摩尔比为100:5-40；所述的醇与水的体积比为5-1:1-5；所述醇为无水醇，所述水为去离子水；

步骤2：氨和胺混合溶液的配制

依次将氨水和胺加入到醇和水的混合溶液中配制得到氨和胺混合溶液；所述的氨水和有机胺的摩尔比为5:1-25；

步骤3：过渡金属掺杂纳米α-Co(OH)₂的形成

在激烈搅拌下，将步骤2中制备得到的氨和胺混合溶液滴加到步骤1中的前驱体溶液中，在10-50℃温度下反应10min-10h，得到所述过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料；其中，金属盐和氨水的摩尔比为1:1-10。

一种上述方法制得的过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料可作为催化剂，应用于电催化水裂解。

所述的应用，具体包括：

步骤1：过渡金属掺杂的α-Co(OH)₂和全氟磺酸聚合物复合物的制备

在激烈搅拌下，在过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料中加入全氟磺酸聚合物溶液，得到复合物；其中，所述全氟磺酸聚合物溶液质量分数为1%-25%；全氟磺酸聚合物溶液与过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料体积比为1:1000-5；

步骤2：负载过渡金属掺杂的α-Co(OH)₂催化剂泡沫镍电极材料的制备

将泡沫镍浸泡入步骤1制得的复合物中，1min-1h取出泡沫镍，放置在室温中自然晾干，得到负载过渡金属掺杂的α-Co(OH)₂催化剂的泡沫镍电极材料；其中，所述泡沫镍面积为0.1 cm^-2-100 cm^-2；