[發明專利]一種多級孔原位碳電極的滴涂制備法

在審

• 申請號: 201910049364.1
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN109607511A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 黃妞;閆術芳;丁玉岳
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01G39/06;C01G51/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明提供一種多級孔原位碳電極的滴涂制備方法，將鉬鹽、鈷鹽和Tx?100等含碳有機物溶于揮發非水溶劑，并加入硫脲作為硫源，獲得Mo?Co?C?S前軀液；上述前軀液涂布到碳基底上，干燥后在Ar氣流中或N₂氣流中，退火硫化得到多孔原位CoMo₂S₄?C電極，其中CoMo₂S₄被包覆在孔中，然后將該電極于稀酸中80℃反應24h，溶解電極中的CoMo₂S₄顆粒；最終形成多級孔原位碳電極。本發明技術方案得到的產品具有設備要求低、所需原料成本低廉、反應條件易于控制、生產工藝簡單、所形成的產品一致性好，環境污染小等多個優點，可用于HER、OER和ORR的多功能電催化劑。

技術領域

本發明涉及原位電極及其制備，屬于能量存儲和轉換材料與器件領域。

背景技術

多孔材料超高的比表面積以及體積比，是其不同于一維材料的重要性質，有利于質量和熱傳輸，以及離子擴散。它們為吸附、催化和電能存儲等領域的應用提供了機會。在各種多孔納米結構材料中，碳基材料因其廣泛的可用性、優異的電導率和導熱性、化學穩定性以及相對容易的功能化或雜化而備受關注。近十年來，合成策略的快速發展為制備具有可控厚度、可調孔徑和表面積以及特定表面官能團的多孔碳材料提供了可能。孔結構是影響碳基材料在吸附、催化、電子器件等諸多領域性能的關鍵因素。一般而言，微孔是大表面積、高吸附容量和高電容的關鍵因素。然而，對于傳統的多孔碳，由于微孔的動力學問題阻礙了其應用。它是對傳統制備多孔碳的方法的補充，通過在整個結構中引入中孔甚至大孔來提高質量和傳熱。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種多級孔原位碳電極的滴涂制備方法，該方法具有設備要求低、所需原料成本低廉、反應條件易于控制、生產工藝簡單、所形成的產品一致性好，環境污染小等優點，可用于吸附、催化和電能存儲等領域，對于原位電極的批量生產有重大意義。

為此，本發明提供了一種以Mo-Co-C-S為前驅液，涂布在基底上成膜后，再制備出多級孔原位碳電極的方法，包括如下步驟：

第一步、在室溫攪拌條件下，將鉬鹽、鈷鹽和Tx-100或苯胺以及其他有機物溶于N,N-二甲基甲酰胺等極性易揮發溶劑，加入硫脲作為硫源，獲得Mo-Co-C-S前軀液，其中Mo、Co原子的混合溶液濃度為100~900 mM，Tx-100與非水溶劑的體積比為0.03~2。該步驟的意義在于：前驅液內Tx-100不僅可以提供碳元素，而且具有一定粘性，易于涂布且可以增加負載量；反應試劑均勻分散，獲得均勻混合的前軀液為制備均勻的多級孔原位碳電極打下良好基礎；以硫脲作為硫源可有效減少空氣污染，安全可控易操作。

第二步、將上述前軀液滴涂或旋涂到基底上，如碳紙、碳布、銅或鎳箔，于空氣或真空中加熱至70~100℃快速干燥，該步驟的意義在于：N,N-二甲基甲酰胺快速揮發后留下由Mo鹽、Co鹽、Tx-100和硫脲均勻混合的前驅膜層，保證后續高溫退火反應后仍獲得均勻的含鉬鈷硫化物的多孔碳膜。

第三步、將步驟二中前驅膜于Ar氣流中或N₂氣流中，經600~1000℃燒結30 min~4h，隨爐冷卻取出即可得到鉬鈷硫化物的多孔碳膜的復合原位電極。

第四步、將步驟三所得含鉬鈷硫化物的多孔碳膜復合原位電極在稀酸中于60~100℃反應10~24小時（優選為80℃下反應24h），以溶解被包覆的鉬鈷硫化物。

所述溶解所用稀酸包括0.5~2 M HNO₃、0.5~2 M HCl、或0.5~2 M H₂SO₄。