[发明专利]CoP与CoSACs异质结构电解水双功能催化剂制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种CoP与CoSACs异质结构电解水双功能催化剂制备方法及应用。其制备方法包括如下步骤：S1：将六水硝酸锌，六水硝酸钴和二甲基咪唑在溶剂中反应，得到Zn/Co‑ZIF；S2：将Zn/Co‑ZIF在惰性气氛中退火后得到CoNPs@CoSACs；S3：将所述CoNPs@CoSACs在酸液中洗涤得到CoNPs@CoSACs‑X；S4：将CoNPs@CoSACs‑X惰性氛围中退火后得到CoNPs@CoSACs‑X‑2；S5：将CoNPs@CoSACs‑X‑2在空气中退火得到Co₃O₄@CoSACs。S6：将Co₃O₄@CoSACs在磷源下退火的到CoP@CoSACs。将该方法制备得到的CoP与CoSACs异质结构用作水电解中的阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)。该催化剂具有电催化活性高、电化学反应速率快、析氢过和析氧电位低等优点，解决了现有非贵金属单原子催化剂在电解水双功能催化上所存在的高过电位等问题。

技术领域

本发明涉及电解水催化析氢析氧材料领域，特别是涉及一种CoP与CoSACs异质结构的制备方法和应用。

背景技术

清洁能源的需求不断增长，燃烧化石燃料引起的环境污染问题已成为严重的全球挑战。近年来，研究人员在开发高效、环保的清洁可再生能源采集技术这个方面做出了重大努力。在主流的可再生能源系统中，电解水分解等等被视为生产清洁能源的有效途径。然而，电解水分解的实际应用依赖于析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的缓慢动力学，这些动力学受到不利的过电位和多步质子耦合的极大限制。因此需要大量的能量输入来驱动这些反应。为了提高这些反应的效率并减少动力学限制，需要开发高效的双功能电催化剂。到目前为止，电催化领域一直由贵金属和金属氧化物(例如Pt、Au、Rh、Pd、RuO₂和IrO₂)主导，因为它们具有在降低动能势垒方面发挥不可或缺的作用的独特性质。然而，贵金属催化剂的一个主要固有缺点是其在地壳中的稀缺性。为了可持续利用有限的资源，寻找电催化的替代策略是当前研究的一个重要驱动力。因此，寻找合适的非贵金属催化剂显得迫在眉睫。

单原子催化剂(SACs)以其最大的原子利用效率和优异的催化反应活性成为催化科学的新前沿。然而，尽管SACs在OER和HER电催化方面的研究取得了重大进展，但由于每种能量转换反应需要不同的环境，SACs的OER和HER双功能特性仍存在缺陷。

发明内容

基于此，本发明提供了一种CoP与CoSACs异质结构的制备方法，将该方法制备得到的CoP与CoSACs异质结构用作电解水分解中的阴极析氢反应和阳极析氧反应。所制备的催化剂具有电催化活性高、电化学反应速率快、析氢过电位低、析氧过电位优于商业材料等优点，解决了现有非贵金属的SACs在OER和HER双功能应用上的缺陷。

具体技术方案包括如下。

一种CoP与CoSACs异质结构的制备方法，包括如下步骤：

S1：将六水硝酸锌，六水硝酸钴和二甲基咪唑在溶剂中反应，得到Zn/Co-ZIF；

S2：将Zn/Co-ZIF在惰性气氛中退火后得到CoNPs@CoSACs；

S3：将所述CoNPs@CoSACs在酸液中洗涤得到CoNPs@CoSACs-X。

S4：将CoNPs@CoSACs-X惰性气氛中退火后得到CoNPs@CoSACs-X-2；

S5：将CoNPs@CoSACs-X-2在空气中退火得到Co₃O₄@CoSACs。

S6：将Co₃O₄@CoSACs在磷源下退火的到CoP与CoSACs。

进一步地，步骤S1中所述六水硝酸锌，六水硝酸钴和二甲基咪唑的质量比为0-0.35：0-0.35：1。