[发明专利]一种镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料及其制备方法、以及电解水制氢的方法

说明书

本发明提供了一种镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料及其制备方法、以及电解水制氢的方法。本发明采用式(Ⅰ)所示的镧系金属掺杂LaCoO₃，并形成纳米管材料，其具有高比表面积，能够暴露更多的活性位点，同时，不同镧系金属掺杂后，能够优化钴的氧化态和配位环境，进而优化钴氧共价键的强度；将其作为析氧催化剂，能够显著提升电催化析氧的催化活性。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别涉及一种镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料及其制备方法、以及电解水制氢的方法。

背景技术

氢气被认为是一种非常绿色环保的清洁能源，具有能量密度高、环境污染小等优点。电解水制氢能够有效实现化学能与电能的转换，对高效利用可再生洁净能源发挥重要作用。电解水由两个半反应组成：电催化析氢反应(HER)和电催化析氧反应(OER)；其中，氢气析出反应(HER)是电解水的阴极反应，氧气析出反应是电解水的阳极反应。对于上述各类型反应，催化剂是电催化反应的关键。而不同的反应，所需催化剂不同，如电催化析氢反应最好的催化剂为Pt系贵金属，而电催化析氧反应通常是RuO₂、IrO₂。

目前，主要的电解水制氢方法包括碱性电解水制氢和酸性电解水制氢。然而该过程需要利用有腐蚀性的碱液和酸液作为电解液，对催化剂和集流体有着较为苛刻的要求。因此，发展在中性电解液条件下具有优异活性的催化剂具有广泛的应用前景。而由于中性电解液与酸、碱电解液的体系环境及性质不同，在酸/碱电解液中适用的电催化剂在中性电解液中会产生怎样的效果并未可知。

虽然钌和铱基贵金属在中性电解液条件下，也具有较好的电催化析氧活性，但是其较高的价格限制其广泛的应用。因此，开发在中性电解液条件具有高活性、低成本的析氧电催化剂材料面临着巨大的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料及其制备方法、以及电解水制氢的方法。本发明提供的镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料能够有效提高中性电解液中电催化析氧的产氧催化效果。

本发明提供了一种镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料，所述镧系金属掺杂钴酸镧具有式(I)所示结构：

(La_1-xA_x)CoO₃ (I)；

其中，

镧系金属掺杂元素A为Ce、Pr、Nd、Sm和Gd中的一种或几种；

0＜x≤0.5。

优选的，所述纳米管材料的外径为80～300nm，内径为30～200nm；

所述纳米管材料的管壁由镧系金属掺杂钴酸镧纳米颗粒搭接组成；

所述纳米颗粒的粒度为5～20nm。

优选的，所述纳米管材料的比表面积为35～50m²/g。

本发明还提供了一种上述技术方案中所述的镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料的制备方法，包括以下步骤：

a)将碲纳米线、碳源化合物和水混合，进行热处理，得到碳纳米纤维分散液；

b)将所述碳纳米纤维分散液与镧盐、钴盐、掺杂元素金属盐和尿素混合后，进行水热反应，得到金属前驱体包覆的碳纳米纤维；

c)对所述金属前驱体包覆的碳纳米纤维进行热处理，得到镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料；所述镧系金属掺杂钴酸镧具有式(I)所示结构：

(La_1-xA_x)CoO₃ (I)；

其中，