[发明专利]一种氧析出过渡金属基异质结催化剂及制备方法

说明书

本发明属于电催化领域，涉及一种氧析出过渡金属基异质结催化剂及制备方法。本发明通过引入硫化铜，并通过丙氨酸将其分别与Fe/Co/Ni过渡金属前驱体进行络合形成不同的异质结构催化材料，双过渡金属氧化物和CuS独特的电子结构以及两种组分的协同催化作用，使催化剂表现出优异的氧析出反应活性。

技术领域

本发明属于电催化领域，涉及一种氧析出过渡金属基异质结催化剂及制备方法，特指一种用于阳极OER的硫化铜/过渡金属基氧化物异质结复合材料及制备方法。

背景技术

氧析出反应(OER)作为电解水产氢和金属-空气电池等能源转换装置的关键半反应，目前主要使用昂贵的贵金属基催化剂降低其过电位来提升整体的能源转换效率，寻找成本低廉、高活性的替代催化剂对这些能源转换装置的商业化至关重要。

近年来，过渡金属基异质结催化剂因其独特的电子结构及双组份之间的协同催化作用而被广泛研究，然而电沉积等合成此类催化剂的方法通常需要严苛的实验条件，催化活性也需进一步提高，而且开发一个统一的方法用来合成不同过渡金属基异质结催化剂对降低催化剂成本有重要意义。

针对上述问题，本发明公开了一种简单的普适制备方法，通过引入硫化铜，并通过丙氨酸将其分别与Fe/Co/Ni过渡金属前驱体进行络合形成不同的异质结构催化材料，双过渡金属氧化物和CuS独特的电子结构以及两种组分的协同催化作用，使催化剂表现出优异的氧析出反应活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异OER催化性能的过渡金属基异质结材料的普适制备方法。为解决上述问题，具体的技术方案如下：

一种硫化铜/过渡金属氧化物异质结OER催化剂的普适制备方法，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]-CuSnanoparticle platform for simultaneous micro-PET/CT imaging and photothermalablation therapy.J.Am.Chem.Soc.,2010,132,15351-15358.)。

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0.2mmol：0.136mmol：180mL。

所述Na₂S·9H₂O水溶液与淡蓝色溶液的体积比为1:9，Na₂S·9H₂O水溶液的浓度为10mmol/L。

所述室温下磁力搅拌反应的时间为5min。

所述水浴加热升温至90℃反应的时间为15min。

所述冰箱温度为4℃。

(2)称取丙氨酸溶解至纳米硫化铜溶液中，室温磁力搅拌均匀得到溶液1；

(3)称取定量的过渡金属前驱体加入到步骤(2)制备的溶液1中，继续室温磁力搅拌得到溶解均匀的溶液2；