[发明专利]一种高效析氧催化剂CuCo2

说明书

本发明属于电催化领域，涉及一种高效析氧催化剂CuCo₂S₄及制备方法。本发明以柠檬酸修饰的纳米硫化铜为模板，通过静电作用吸附钴离子，水热法制备出尖晶石型结构的铜钴硫化物(CuCo₂S₄)纳米球。通过控制催化剂的粒径以增加更多的活性面积，暴露更多的活性位点；同时利用双金属元素之间电子结构的协同作用，调节钴原子的几何位点和价态，以提高催化性能。

技术领域

本发明属于电催化领域，涉及一种高效析氧催化剂CuCo₂S₄及制备方法，特指一种CuCo₂S₄纳米球及制备方法和在电催化OER中的应用。

背景技术

析氧反应(OER)作为可再生能源技术的关键，其缓慢的动力学过程抑制了产能装置的开发，目前主要依靠贵金属氧化物如氧化钌(RuO₂)和氧化铱(IrO₂) 提高OER催化效率，但贵金属存在高成本和低储量的制约因素。

近年来，研究人员做了大量的工作，开发了用于替代的非贵金属催化剂，并且这种催化剂具有较高的催化性能，即能够在较低的过电位下加快OER反应的速率。其中，过渡金属钴基催化剂作为非贵金属OER催化剂被广泛研究，如Co 基硫化物、硫化物、氮化物、磷化物等，但繁琐的制备工艺和仍需进一步提高的 OER催化性能使其商业化受限。

为了解决上述问题，本发明提供了一种简易的尖晶石型铜钴硫化物的制备方法，主要以柠檬酸修饰的纳米硫化铜为模板，通过静电作用吸附钴离子，水热法制备出尖晶石型结构的铜钴硫化物(CuCo₂S₄)纳米球。通过控制催化剂的粒径以增加更多的活性面积，暴露更多的活性位点；同时利用双金属元素之间电子结构的协同作用，调节钴原子的几何位点和价态，以提高催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高效析氧催化性能的尖晶石型铜钴硫化物CuCo₂S₄的简易制备方法。

具体的技术方案如下：

一种制备CuCo₂S₄高效析氧催化剂的方法，制备过程包括以下步骤：

(1)硫化铜的制备根据文献报道的方法(M.Zhou,R.Zhang,M.Huang,W. Lu,S.Song,M.P.Melancon,M.Tian,D.Liang and C.Li.A chelator-free multifunctional[⁶⁴Cu]-CuS nanoparticle platform for simultaneous micro-PET/CT imaging andphotothermal ablation therapy.J.Am.Chem.Soc.,2010,132, 15351-15358.)进一步改进。

采用的具体技术方案如下：

称取二水合氯化铜和二水合柠檬酸三钠，加入去离子水，室温下磁力搅拌溶解成均匀的淡蓝色溶液；称取九水合硫化钠，加去离子水制备得到Na₂S·9H₂O 水溶液，随后将Na₂S·9H₂O水溶液快速加入至淡蓝色溶液中，在室温下磁力搅拌反应，直至混合液转变为深棕色；将混合液转移至恒温水浴锅中，水浴加热升温至90℃，反应后得到深绿色的硫化铜纳米颗粒溶液，冰水浴冷却，最后将溶液放置冰箱中，隔夜备用。

所述淡蓝色溶液中，二水合氯化铜和二水合柠檬酸三钠与去离子水的比例为1mmol：0.68mmol：180mL。