[发明专利]一种二硒化钴催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二硒化钴催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域，本发明以钴盐作为原料，尿素作为沉淀剂，在溶剂中经水热法制备氢氧化钴，控制溶剂的组成，使制备的氢氧化钴为海胆花状结构，再将氢氧化钴与硒粉和还原剂进行水热反应，控制还原剂的组成，采用强还原剂，迅速硒化，在维持原有氢氧化钴形貌的基础上形成中空的结构，最终得到海胆管状的二硒化钴，提高其比表面积，进而提高其催化性能。实施例的结果显示，本发明制备的二硒化钴催化剂具有优异的催化性能，且循环2000圈后催化性能没有明显变化。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种二硒化钴催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能源作为一种清洁可持续的绿色能源，备受关注。在众多制氢方式中，电解水制氢是其中最简单、便捷，得到产物纯度最高的一种。氧析出反应(OER)是电解水的阳极反应，在这个过程中涉及到多个质子耦合，拥有许多的电子化步骤，反应速率远低于阴极的氢析出反应(HER)，因此被认为是电解水的瓶颈半反应。为了克服这一问题，大量研究用于探索高性能OER催化剂。研究结果表明，贵金属氧化物如IrO₂和RuO₂是目前OER催化性能较好的催化剂，但是，贵金属极高的成本和较低的储备量使这些电催化剂无法广泛应用在商业领域，因此，开发非贵金属及其衍生物的复合材料催化剂是改变这一情况的重要途径。

在已开发的非贵金属及其衍生物中，CoSe₂由于其t_2g⁶e_g¹电子结构而被视为最佳的替代非金属催化剂，但是现有技术中制备的CoSe₂为片状结构，其本身的催化性能仍较低，需要进行进一步的掺杂或复合，从而限制了其应用。

因此，如何提高CoSe₂的催化性能成为现有技术的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二硒化钴催化剂及其制备方法和应用。本发明制备的二硒化钴催化剂为海胆管状结构，具有优异的催化性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二硒化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钴盐、尿素和溶剂混合后进行第一水热反应，得到氢氧化钴；所述溶剂包括水、乙醇和环己烷；

(2)将所述步骤(1)得到的氢氧化钴与水、硒粉和还原剂混合后进行第二水热反应，得到二硒化钴催化剂；所述还原剂包括硼氢化钾、硼氢化钠或水合肼。

优选地，所述步骤(1)中钴盐和尿素的物质的量之比为1：(15～20)。

优选地，所述步骤(1)中尿素的质量和溶剂的体积比为0.6g：(30～40)mL。

优选地，所述步骤(1)溶剂中水、乙醇和环己烷的体积比为5：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。

优选地，所述步骤(1)中第一水热反应的温度为110～130℃，第一水热反应的时间为7～15h。

优选地，所述步骤(2)中的硒粉与所述步骤(1)中钴盐的物质的量之比为(1.5～2.5)：1。

优选地，所述步骤(2)中的还原剂与硒粉的物质的量之比为(0.5～1.5)：1。

优选地，所述步骤(2)中第二水热反应的温度为160～200℃，第二水热反应的时间为12～20h。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的二硒化钴催化剂。

本发明还提供了上述技术方案所述的二硒化钴催化剂在电解析氧中的应用。