[发明专利]一种电催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种电催化剂及其制备方法与应用，属于催化剂领域，其制备方法包括以下步骤：（1）球形二氧化硅模板的制备；（2）Co/NC前驱体的制备；（3）Co/Co₉S₈电催化剂的制备。同时本发明公开了上述制备方法制备得到的Co/Co₉S₈电催化剂及其在电催化裂解碱性溶液与碱性海水产氢中的应用。本发明制备的Co/Co₉S₈电催化剂在碱性溶液与碱性海水中将氢质子结合成为氢气，具有快速的反应动力学，并且二者均可保持长时间的稳定。另外，本发明中电催化剂的制备方法简单，耗时短，重复性高。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，特别是涉及一种Co/Co₉S₈电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

化石能源的使用带来了能源短缺和环境污染等一系列问题，目前迫切需要清洁持续的可再生能源来替代传统的化石能源。其中，氢能是一种清洁、高效、可持续的绿色能源，且因其重量能量密度高、碳排放为零、地球元素丰度大等一系列优点引起关注。水电解可以实现绿色产氢的重要途径。但淡水资源的匮乏使水电解的目光转向海水资源，海水资源丰富占世界总水资源97%，具有高的离子电导率，有利于实现低成本大规模制氢，生产高纯度氢气。但目前的电催化剂在海水中表现出较差的性能，即与作为电解质的超纯水相比，高过电位和较差的稳定性，这为海水制氢带来了巨大的挑战。

过渡金属基催化剂，因其地球丰度高、成本低、活性高而受到广泛关注，近些年来作为贵金属基催化剂的低成本替代品，被深入研究。其中，钴基硫化物由于其良好的电化学活性、高热传导性和与其他金属硫化物相比的低成本，作为潜在的电极材料具有诱人的吸引力。但仍存在活性位点缺乏，传质能力弱的问题。电催化剂的传质能力主要取决于其比表面积和多孔结构。

因此，如何提供一种活性位点多，传质能力强的电催化剂是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种Co/Co₉S₈电催化剂及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电催化剂的制备方法，所述电催化剂的化学成分包括Co₉S₈，其制备方法具体包括以下步骤：

（1）将正硅酸四乙酯与氨水、乙醇、去离子水混合后搅拌反应，然后经离心、洗涤、干燥，得到球形二氧化硅模板；

（2）将所述球形二氧化硅模板与六水合硝酸钴置于甲醇中反应得到固体粉末；

（3）将所述固体粉末与二甲基咪唑分散于甲醇中继续反应，然后搅拌加热、干燥，再进行加热烧蚀，冷却后得到Co/NC前驱体；

（4）将所述Co/NC前驱体与硫化钠分散于水中，经水热反应得到Co/Co₉S₈电催化剂。

有益效果：本发明中二氧化硅模板的球形结构为Co/Co₉S₈电催化剂提供了优异的比表面积，增加了催化剂颗粒的负载，提供了丰富的活性位点，有利于对碱性溶液与碱性海水中水分子的吸附，加速电子的转移与传质作用。

优选的，步骤（1）中所述正硅酸四乙酯、氨水、去离子水与乙醇的体积比为3:4:15:50。

有益效果：控制氨水与正硅酸四乙酯的浓度，便于合成粒径合适的二氧化硅纳米小球，所述纳米球的粒径为100-200nm。

优选的，步骤（1）中所述搅拌反应温度为10-30℃，搅拌速度为300-520rpm，时间为5h；

所述洗涤为去离子水与乙醇分别洗涤1-3次；