[发明专利]一种钴基多层空心异质结电解水催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种钴基多层空心异质结电解水催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将六水合硝酸钴和乙酰丙酮溶于去离子水中，然后加入水合肼进行低温水热反应，干燥后在空气气氛中进行热处理，得到多层空心四氧化三钴纳米球；(2)将多层空心四氧化三钴纳米球和硫化钠分散于去离子水中进行低温水热反应，干燥后在氩气气氛中进行热处理，得到多层空心CoO/Co₉S₈；(3)将多层空心CoO/Co₉S₈和硒粉进一步热处理，即得。本发明通过溶剂热反应和热处理结合的方式制备出钴基多层空心复合结构，该空心结构的每层壳均为镜像对称异质结结构；由此制备的催化剂具有丰富的催化反应位点和优化的表面电子结构，能够有效提高催化剂析氧反应效率。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，更具体的说是涉及一种钴基多层空心异质结电解水催化剂的制备方法。

背景技术

随着社会的进步和人类的发展，由传统化石能源带来的能源危机和环境问题对人类的可持续发展造成了威胁。而氢气因具有较高的能量密度和绿色清洁等优点被认为是一种很有前景的能源载体。

目前，由传统化石资源通过热化学重整仍然是主要的制氢途径，但是该过程同时会产生大量的二氧化碳。相比之下，通过可再生电力实现电解水制氢不仅可以解决新能源的间歇性和地域性问题，而且未来有望实现分布式制氢。电解水反应包括阴极的析氢反应和阳极的析氧反应，相比于两电子转移的析氢反应，四电子析氧反应动力学缓慢，严重制约电解水效率。因此，开发一种高效的析氧催化剂对未来电解水的规模化应用具有重要的意义。

目前，二氧化铱、二氧化钌及其衍生物等贵金属基氧化物是公认的高效析氧催化剂，但是其高成本、储量低，极大地制约了电解水的发展。基于此，设计并制备价格低廉且高效稳定的析氧催化剂是关键所在。

过渡金属基催化剂因储量丰富和良好的电催化性能备受关注，然而其性能仍不能满足实际应用的需求。构建多组分异质结结构从而实现催化剂表面电子重构被认为是提高催化性能的有效途径之一。

但是，如何实现高比表面积的过渡金属基异质结电催化剂的制备仍然面临一定的挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钴基多层空心异质结电解水催化剂的制备方法，以解决现有技术中的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钴基多层空心异质结电解水催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将六水合硝酸钴和乙酰丙酮溶于去离子水中，然后加入水合肼进行低温水热反应，干燥后在空气气氛中进行热处理，得到多层空心四氧化三钴纳米球；

(2)将多层空心四氧化三钴纳米球和硫化钠分散于去离子水中进行低温水热反应，干燥后在氩气气氛中进行热处理，得到多层空心CoO/Co₉S₈；

(3)将多层空心CoO/Co₉S₈和硒粉进一步热处理，即得钴基多层空心异质结电解水催化剂。

进一步，上述步骤(1)中，六水合硝酸钴、乙酰丙酮、水合肼和去离子水的质量比为14.55:0.049:0.05:1；低温水热反应的温度为80℃，时间为1-24h；热处理的升温速率为1℃/min，温度为450℃，时间为1-7h。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，低温水热反应条件下形成钴基络合物，经过进一步在空气热处理，形成多层空心四氧化三钴纳米球。

进一步，上述步骤(2)中，多层空心四氧化三钴纳米球、硫化钠和去离子水的质量比为0.144:0.23:50；低温水热反应的温度为90℃，时间为30-40h；热处理的温度为400℃，时间为1h。