[发明专利]S掺杂NC/Co/Cs2

说明书

本发明涉及一种S掺杂NC/Co/Cssubgt;2/subgt;Se/CoSe催化剂的制备方法，包括：1)制备2‑甲基咪唑微乳液；2)使所述2‑甲基咪唑微乳液、钴盐和铯盐发生配位反应，生成Cssubgt;x/subgt;Cosubgt;1‑x/subgt;‑ZIF；3)使所述Cssubgt;x/subgt;Cosubgt;1‑x/subgt;‑ZIF与刻蚀剂发生刻蚀反应，生成改性Cssubgt;x/subgt;Cosubgt;1‑x/subgt;‑ZIF；4)在氮气氛围下，使改性Cssubgt;x/subgt;Cosubgt;1‑x/subgt;‑ZIF与硒粉发生反应，得到S掺杂NC/Co/Cssubgt;2/subgt;Se/CoSe催化剂。以上制备方法制备得到的S掺杂NC/Co/Cssubgt;2/subgt;Se/CoSe催化剂。该S掺杂NC/Co/Cssubgt;2/subgt;Se/CoSe催化剂在燃料电池上的应用。本发明具有制备成本低、导电性和电催化活性高、稳定性优异、使用寿命长的优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池新材料技术领域，特别是涉及一种S掺杂NC/Co/Cs₂Se/CoSe催化剂、其制备方法及应用。

背景技术

催化剂是PEMFC实现高效转化氢能的重要部件。目前，Pt/C是市面上应用最广泛的催化剂材料，但贵金属催化剂材料成本高，在PEMFC运行条件下耐久性差，且Pt基电催化剂易产生一氧化碳中毒致使活性降低，成为PEMFC大规模商业化面临的主要挑战。针对此类问题，此前已开发了许多不含Pt基金属的催化剂，如氧化物、硫化物和硒化物。其中，金属硒化物由于体积密度高、带隙小，表现出比氧化物或硫化物更高的体积容量和速率性能，被视为具有很好应用前景的催化剂材料。沸石型咪唑骨架(ZIFs)通过直接碳化易转化为氮掺杂的碳材料，具有更高的电子导电性和更多的活性位点，据此可以合成具有高导电性的多孔金属硒化物，改变硒化物的固有特性。

杂原子掺杂是进一步优化Co基电催化剂活性的有效途径。据报道，P掺杂CoSe₂，在ORR和OER过程中，增加局部电子密度并降低自由能，从而显着改善电催化性能。S掺杂电催化剂也引发了较多的关注，其中，研究认为S掺杂提高反应活性是由于以下几个方面：(1)S原子的掺杂降低了催化剂的带隙，提高催化剂导电性，有利于电催化氧还原反应；(2)S原子的掺杂可以提高催化剂吸附氧气的能力，有利于氧还原反应；(3)体系中引入四个S原子可以降低氧还原反应的过电位，提高金属位点催化氧还原反应的活性。

最近，广泛用于光催化剂的异质结结构也被采用，并被证明在许多Co基电催化剂中是有用的，包括CoO/CoS，Co₂P/CoP和CoP/CoOOH。特别是，当导电零价金属与半导体金属化合物紧密接触时，由于费米能级的差异，将形成整流肖特基结或非整流欧姆结，被称为莫特-肖特基效应。这种效应导致金属-半导体异质结内内置电场和自发电子流，与半导体-半导体异质结相比，它更有效地调整电子结构。

因此，开发一种S掺杂莫特-肖特基ZIF电催化剂具有重要的意义。

发明内容

基于此，有必要针对现有催化剂成本高、耐久性差、分散性差的问题，提供一种S掺杂NC/Co/Cs₂Se/CoSe催化剂、其制备方法及应用。

一种S掺杂NC/Co/Cs₂Se/CoSe催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备2-甲基咪唑微乳液；

2)使所述2-甲基咪唑微乳液、钴盐和铯盐发生配位反应，以生成Cs_xCo_1-x-ZIF；

3)使所述Cs_xCo_1-x-ZIF与刻蚀剂发生刻蚀反应，以生成改性Cs_xCo_1-x-ZIF；