[发明专利]一种界面的硫化亚铜纳米线阵列高效析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有Cu₂S‑CoO_x界面的Cu₂S‑CoO_x/CF高效析氧催化剂的制备方法。以泡沫铜、氢氧化钠和过硫酸铵为原料，先制备具有纳米线阵列特点的Cu(OH)₂/CF，然后以九水硫化钠为硫源，无水乙醇为溶剂，通过离子交换将Cu(OH)₂/CF转换成Cu₂S/CF前驱，接着用六水硝酸钴和无水乙醇配成金属前驱液，将一定量金属前驱液均匀涂覆于Cu₂S/CF前驱，最后通过氩气氛围下退火，得到具有Cu₂S‑CoO_x界面的Cu₂S‑CoO_x/CF纳米线阵列析氧催化剂，Cu₂S‑CoO_x界面优化了催化材料的电化学性质，该催化剂在碱性溶液中，表现出良好的析氧活性（η_{25mA cm–2}=255 mV），远优于不具备Cu₂S‑CoO_x界面的Cu₂S/CF析氧催化剂。

技术领域

本发明涉及电催化析氧材料的制备领域，特别是涉及一种具有硫化物-氧化物界面的硫化亚铜纳米线阵列析氧催化剂的制备方法。

背景技术

氢气是一种高效、清洁的能源燃料，开发节能环保的氢气制备方法，对氢气的推广使用至关重要。相比于水煤气合成法、石油裂解法等，电解水制氢法具有原料可持续，过程清洁等优点。但电解水受限于阳极的析氧反应，因此有必要开发高效、廉价的析氧催化剂。

过渡金属氧化物、氢氧化物、磷化物和硫化物等，被广泛地探索用作析氧催化剂（Science, 2017, 355, eaad4998, Small 2019, 15, 1804201）。其中，过渡金属硫化物具有价格低廉、导电性良好、电化学性质好等优点，被视作一类有前景的析氧催化剂(Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 4178-4280, Adv. Mater. 2019, 1807134）。硫化物的析氧催化性能直接取决于材料表面/界面与反应中间体的相互作用，通过合理设计界面，能改变材料界面的电子结构，优化其电化学性质，高效提升材料的析氧催化性能(Chem 2018, 4, 2054-2083)。目前已报道多种具有界面的硫化物用作析氧催化剂，包括硫化物-硫化物界面（Adv. Sci. 2019, 6, 1900246），硫化物-氧化物界面（Appl. Cataly. B-Environ. 2019, 254,329-338），硫化物-碲化物界面（Adv. Mater. 2019, 31, e1900430）和硫化物-硒化物界面（Small 2019, e1905083）等，这些界面都能调整电极材料与析氧反应中间体的结合能，从而改善材料的本征催化活性。相较于其它界面，硫化物-氧化物界面具有稳定性更好的优点，因为氧化物化学稳定性更强，并且能在一定程度上保护硫化物在催化析氧过程中被氧化（Angew. Chem. Int. Edit. 2018, 57, 8654-8658），因此构造硫化物-氧化物界面对材料而言更具有应用前景。