[发明专利]一种电解水制氢用催化剂CoPx

说明书

本发明属于电解水制氢技术领域，公开一种电解水制氢用催化剂CoP_xS_y/MWCNTs及其制备方法。所述催化剂CoP_xS_y/MWCNTs为磷掺杂CoS₂纳米片与多壁碳纳米管的复合材料，其中，0＜y＜2，x=2‑y。制备方法：将MWCNTs超声分散在1#水中，制得悬浮液；将Co(NO₃)₂·6 H₂O、Al(NO₃)₃·6 H₂O和CO(NH₂)₂溶于2#水中，搅拌溶解至澄清，搅拌下加入到所得悬浮液中，然后搅拌均匀，移入反应釜中，120‑150℃水热反应6‑9 h，冷却后离心、洗涤、干燥，制得CoAl‑LDH/MWCNTs复合材料；将CoAl‑LDH/MWCNTs复合材料在NaOH溶液中室温浸泡，过滤，洗涤、干燥，获得α‑Co(OH)/MWCNTs样品；将α‑Co(OH)/MWCNTs置于管式炉下游、P₂S₅置于管式炉上游，在惰性气氛下，升温至450‑550℃保持1‑2 h，冷却后获得催化剂CoP_xS_y/MWCNTs。本发明所制备的CoP_xS_y/MWCNTs催化剂用于电解水制氢具有超高的活性。

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，具体涉及一种电解水制氢用催化剂CoP_xS_y/MWCNTs及其制备方法。

背景技术

随着环境污染的加剧和化石燃料的不断消耗，不断促使研究者致力于发展高效、清洁和可再生能源。在各种可持续能源中，氢能，因其能量密度高、环境友好、来源丰富及可再生等特性，被认为是绿色能源，是未来取代传统化石燃料的最有希望的清洁能源候选者之一。

电解水制氢技术被认为是可持续制氢的理想方法，析氢反应（HER），作为电解水的一个重要过程，已经引起了研究者的广泛关注，这就要求高效的电催化剂用于HER，以降低过电位，提高能量利用率。目前，在传统贵金属中，Pt基材料依然被认为是最有效的HER催化剂，但是其价格昂贵和储量低限制了大规模的实际应用。

因此，研究开发廉价高效的非贵金属催化剂是实现低成本电解水制氢的关键科学问题之一，也是目前该领域的研究热点和重点。各种非贵金属基HER电催化剂，包括过渡金属硫化物、硒化物、磷化物、碳化物和氮化物等由于其具有高效的电催化性能而被广泛研究，用以取代贵金属催化剂。硫化钴作为非贵金属材料的一种，由于其独特的特性（如成本低、易于调控结构），在电催化方向具有广泛应用。掺杂其它元素可以调控原有结构的电子结构，对硫化钴原位掺杂P，可以调控材料电子结构，增加活性位点，已经在各种情况下表现出极好的电化学性能，被认为是一种有前景的电化学HER催化剂。CNTs因其高的导电性而作为复合材料的应用优势已经得到证实，其原位生长的纳米片可以与CNTs表面接触阻止材料聚集，并且进一步增加了材料的导电性和反应传质，从而改善催化性能。因此，P掺杂CoS₂纳米片通过复合CNTs有望达到理想的接近贵金属的催化性能。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷与不足，本发明的目的在于提供一种电解水制氢用催化剂CoP_xS_y/MWCNTs及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种电解水制氢用催化剂CoP_xS_y/MWCNTs，所述催化剂CoP_xS_y/MWCNTs为磷掺杂CoS₂纳米片与多壁碳纳米管的复合材料，其中，CoP_xS_y代表磷掺杂CoS₂纳米片，MWCNTs代表多壁碳纳米管，0＜y＜2，x=2-y。

制备方法，步骤如下：