[發明專利]CoS納米顆粒/N摻雜RGO析氫復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710417722.0
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107321372B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 謝吉民;趙文通;陳琳琳;朱成章;陸俊偉;錢坤;楊賽賽
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C25B1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于材料合成技術領域，公開了一種具有析氫效果的CoS納米顆粒/N摻雜RGO復合材料的制備方法。本發明通過簡單的一步溶劑熱法合成前驅體，然后通過高溫煅燒生成CoS納米顆粒/N摻雜RGO復合材料，用于酸性條件下提高析氫性能。本發明的優點在于綠色環保，成本低，制備工藝簡便，制得的催化劑易于大規模工業化生產并具備優異的電催化活性及良好的析氫穩定性。雜環原子N引入到CoS/RGO中，形成幾何缺陷和雜原子的協同效應，能夠降低碳材料對于氫離子的吸附自由能，更有利于氫氣的析出，能夠顯著提高CoS的電化學性能。

技術領域

本發明屬于材料合成技術領域，具體涉及了CoS納米顆粒/N摻雜RGO復合材料的制備方法及其用于電化學析氫的催化劑的用途。

背景技術

最近，人類面臨著日益嚴重的環境污染和能源危機，當前開發和利用清潔有效的能源是解決目前危機的重要挑戰之一。從能源清潔及可循環的角度考慮，氫能作為一種高效、清潔、環保的二次能源具有資源豐富，熱值高，環保無污染，利用形式多樣等特點，已被普遍認為氫是一種理想的新能源，有著無可比擬的巨大優勢和無限廣闊的應用前景。然而如何通過有效的途徑獲得較為廉價的氫能源，是目前科研工作者研究的主要內容之一，地球上水資源豐富，通過水的電解獲得氫氣是有效的途徑之一，但是水的電解能源轉化效率低是制約其工業化生產的因素之一，因此設計和開發高性能的電解水的催化劑具有極其重要的意義。

近幾年，過渡金屬硫化物在能源存儲及在電催化中的潛在應用得到了研究工作者的廣泛關注。過渡金屬Co、Ni、Fe硫化物是一類重要的HER催化劑，對MEx(M:Fe、Co、Ni；E:S、N、P)一系列硫化物催化析氫性能研究表明，在酸性電解液中，CoS₂、NiS₂、CoP、NiP等具有較好的電化學析氫性能。最近，CoS納米粒子析氫性能也被研究者所關注，Sun等人用微波加熱法成功合成了CoS納米粒子，并研究了微波加熱時間不同對CoS在中性溶液中析氫性能的影響。但是CoS電子傳遞速率慢，易團聚，穩定性差等缺點，限制了其析氫性能。本發明通過還原氧化石墨烯對CoS進行改性，增大其電子傳導速率，從而增大其導電性，通過引入雜環原子氮，改變納米粒子間層間距，進一步擴大活性位點，有效的提高了CoS電化學析氫性能。

發明內容

本發明旨在提供CoS納米顆粒/N摻雜還原氧化石墨烯(CoS納米顆粒/N摻雜RGO)析氫復合材料的制備方法，該方法通過簡單的溶劑熱法制得前驅體，在通過高溫煅燒的方法獲得CoS納米顆粒/N摻雜RGO復合材料。本發明制備的CoS納米顆粒/N摻雜RGO復合材料可顯著提高單體的析氫性能。

CoS納米顆粒/N摻雜RGO析氫復合材料的制備，具體包括以下步驟：

(1)稱取一定量的Co(NO₃)₂·6H₂O溶解到去離子水中，得到分散液A；

(2)稱取一定量的雙氰胺(DCDA)溶解到去離子水中；將DCDA溶液緩慢注入到得到分散液A溶液中，充分攪拌均勻得到分散液B；

(3)然后取GO溶液緩慢注入分散液B溶液中，攪拌，在超聲儀中超聲，得到分散液C；

(4)在劇烈攪拌下，將NH₃·H₂O點滴注入到分散液C中，調節溶液pH到10，形成墨綠色溶液D；

(5)稱取一定量的C₂H₅NS溶解在去離子水中，在劇烈攪拌下將溶液緩慢注入到墨綠色溶液D中，劇烈攪拌直至反應完全；然后將其轉入水熱釜中，水熱反應結束后，待其冷卻到室溫將其取出，用去離子水和乙醇洗滌5次，冷凍干燥，得到黑色粉末；

(6)將冷凍干燥后的黑色粉末轉移到坩堝中，在N₂范圍中程序升溫至煅燒溫度，煅燒結束后，取出研磨，得到CoS納米顆粒/N摻雜RGO析氫復合材料。