[發明專利]一種硫化鈷錳電催化劑的制備方法及產物

有效

• 申請號: 201711299218.1
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107855128B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 魯望婷;何丹;李旭文;張超凡;邱理明;黃城;周舸;梁思雨
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C25B1/04;C25B11/04;C25B11/091
• 代理公司: 深圳市合道英聯專利事務所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果;譚雪婷

本發明涉及一種硫化鈷錳電催化劑及制備方法，包括以下步驟：i、稱取鈷鹽、錳鹽和尿素，并將稱取的鈷鹽、錳鹽和尿素溶于水中，攪拌獲得混合均勻的溶液；ii、將所述溶液與載體一同置于反應釜中進行水熱反應，得到擔載型碳酸鈷錳；iii、將擔載型碳酸鈷錳置于含硫化劑的水溶液中進行硫化反應，即得到擔載型硫化鈷錳。本發明具有以下優點：1、所采用的原料廉價易得，制備方法簡單，操作過程簡便，成本低昂；在金屬鈷中引入錳元素，制備了鈷錳二元硫化物，同時結合碳紙、碳布、泡沫鎳、泡沫銅、鈦網或不銹鋼網作基底，直接形成催化劑電極二合一結構，測試方便，硫化鈷錳與基底的協同作用賦予了催化劑優異的電化學催化析氫或析氧性能等。

技術領域

本發明涉及化工領域，具體涉及一種硫化鈷錳電催化劑的制備方法及產物。

背景技術

在解決能源和環境問題的道路上，電解水制氫是一種高效清潔的技術選擇，它具有轉化效率高、工藝簡單、無污染、制得的氫氣純度高等優點。水電解需要的理論電壓為1.23V，但實際操作中的電壓卻基本高達1.8~2.0V，這與陰陽極活化過電位過大密切相關，因此開發高效穩定的陰陽極電催化劑成為水電解領域研究的熱點與重點。研究表明，Pt族金屬具有最優的析氫活性，銥化合物和釕化合物則具有最優的析氧活性，然這些貴金屬催化劑價格高昂，嚴重限制了水電解制氫的大規模應用，因此，基于鐵、鈷、鎳等過渡金屬的低成本、高活性析氫及析氧催化劑的開發獲得廣泛關注。其中，鈷基化合物表現出優異的水電解催化活性，包括鈷-氮-碳復合物、鈷氧化物（氫氧化物）、鈷硫化物、鈷硒化物、鈷磷化物、鈷磷酸鹽等。例如，將鈷硫化物沉積在導電基底上可以制得形貌可控、性能優異的堿性析氫催化劑。另外，鎳、鐵、錳等金屬的引入能夠制得本征催化活性更高的鈷基二元或三元金屬硫化物。已有研究發現，鈷錳氫氧化物的電化學催化性能較為突出，由此，鈷錳硫化物亦被開發應用于水電解領域。

盡管表現優異，但以鈷錳硫化物作析氫或析氧催化劑的研究還相對較少，并且形貌多以無規則的納米粒子為主。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種用于獲得規則納米針狀、納米片狀、納米尺狀或納米花狀鈷錳硫化物以提高其催化電化學析氫或析氧反應活性的硫化鈷錳電催化劑及制備方法。

本發明為解決上述技術問題提出的技術方案（一）是：一種硫化鈷錳電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

i、稱取鈷鹽、錳鹽和尿素，并將稱取的鈷鹽、錳鹽和尿素溶于水中，攪拌獲得混合均勻的溶液；

ii、將所述溶液與載體一同置于反應釜中進行水熱反應，得到擔載型碳酸鈷錳；

iii、將擔載型碳酸鈷錳置于含硫化劑的水溶液中進行硫化反應，即得到擔載型硫化鈷錳。

進一步優選的是：所述鈷鹽的濃度為0.05~0.2 mol/L，鈷鹽與錳鹽的摩爾比為1:5~5:1，尿素與前述金屬鹽總的摩爾比為1:1~3:1。

進一步優選的是：所述鈷鹽為硝酸鈷、醋酸鈷、硫酸鈷或氯化鈷；所述錳鹽為硝酸錳、醋酸錳、硫酸錳或氯化錳。

進一步優選的是：所述載體為碳紙、碳布、泡沫鎳、泡沫銅、鈦網或不銹鋼網。

進一步優選的是：所述水熱反應的溫度為80~200℃，反應時間為1~24h。

進一步優選的是：所述硫化劑為硫化鈉、硫化銨、硫脲或硫代乙酰胺中的一種，硫化劑在水溶液中的濃度為0.1~0.3 mol/L。

進一步優選的是：所述硫化反應溫度為20~180℃，反應時間為0.5~12h。

本發明為解決上述技術問題提出的技術方案（二）是：一種硫化鈷錳電催化劑，是通過上述制備方法制得。

本發明中硫化鈷錳電催化劑的制備方法及產物具有以下優點：

1、所采用的原料廉價易得，制備方法簡單，操作過程簡便，成本低昂。