[发明专利]一种钴/氧化钴/氧化钼原位电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种钴/氧化钴/氧化钼原位电极的制备方法。先配置含钴/钼的氧化物或者钴/钼的氢氧化物的前驱体溶液，将其附着于泡沫镍（NF）表面，再利用电化学还原的方法，在特定电解液中施加恒定电位进行还原，使泡沫镍（NF）表面附着的前驱体物质还原成钴并生成氧化钴和氧化钼。本发明技术方案所需原料无污染、成本低廉、操作简单、制备快捷等多个优点；所制备的氧化钼钝化钴/氧化钴原位电极作为析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的双功能电催化剂表现出优异的催化活性，具有应用于电催化分解水的良好前景。

技术领域

本发明涉及多组分多功能材料的制备，应用属于电催化和能量转换材料与器件领域。

背景技术

能源消耗问题是制约世界发展的瓶颈问题。随着传统化石燃料的日渐枯竭，能源短缺和全球环境污染问题变得日益严峻。为缓解这类问题发展高效经济和可再生的绿色能源显得极为追切。氢能由于具有高能量转换效率，清洁可再生，零碳排放等优点，被视为是一类高效的新型能源载体(其中碱性条件下的电催化分解水被认为是最具有工业化应用潜力的方式之一)。水分解包括两个半反应，即在阳极发生的析氧反应(OER)和在阴极发生的析氧反应(HER)。目前性能最高效的HER和OER催化剂分别是铂基材料和铱、钌贵金属氧化物，但这些材料昂贵的价格,稀有的储量以及较差的稳定性严重限制了其大规模商业化应用。因此，寻找和制备无污染、价格低源、稳定高效的非贵金属基材料成为电催化分解水领域的重要研究方向。其中钴、镍基非贵全属材料不仅价格低廉、储量丰富而且在水分解方面表现出优异的性能层现出巨大的商业应用前景。

钼基化合物是许多领域的重要材料(作为电、光催化剂和其他催化剂)。钼的调谐值态及其与多种阴离子的容易结合使得钼基材料在不同领域的应用多样化（CatalysisScience Technology, 2016, 6(7): 2403-2412..）。到目前为止，各种钴基材料已经被报道用于HER，例如金属Co、CoS₂、CoP和CoSe，显示出高的催化活性。钴氧化物/(氧)氢氧化物显示出对OER更好的催化活性。这意味着具有不同钴活性物种的钴基材料能够完成全部水分解以产生氢和氧。然而，金属Co或Co_xO_y材料具有许多缺点特征，例如容易积聚和低电导率。（Chemical communications, 2016, 52(35): 5946-5949.）。

基于以上调研，本发明专利采用电化学还原的方式制备氧化钼钝化钴/氧化钴原位电极，利用较大的负电位使附着的氢氧化物转变为氧化物，钴氧化物或钴盐还原为金属钴，同时暴露更多的活性位点，通过调节电化学还原的时间优化电极中金属钴和氧化钴的比例，所制备的氧化钼钝化钴/氧化钴原位电极拟将具有高的HER和OER电催化活性和高稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氧化钼钝化钴/氧化钴原位电极的制备方法，其制备包括如下步骤：

S1、制备钴/钼的氧化物或钴/钼的氢氧化物的前驱体：将去结晶水的氯化钴溶于乙醇和冰乙酸的混合液中，然后边搅拌边加入乙酰丙酮钼，随后加入水-乙醇的混合液，继续搅拌至溶液澄清，形成钴/钴的（氢）氧化物溶液，将溶液置于水热箱中保温一段时间，冷却之后将泡沫镍（NF）浸入其中，随后取出用匀胶机甩出多余溶液，干燥备用。

S2、电还原：将附着前驱体的NF置于硫酸钠和硼酸的电解液中，利用电化学工作站采用恒电为的方式对NF进行一段时间的电还原。随后用UP水冲去表面电解液后干燥。

S3、将附着和电化学还原的步骤循环多次后制得电极，或者循环多次附着步骤后进行电化学还原制得氧化钼钝化钴/氧化钴原位电极。

进一步地，S1中，氯化钴的浓度为0.5~1 mol/L，氯化钴与乙酰丙酮钼的摩尔比为1：0.1~0.2。