[發明專利]硫化鈷/層狀雙金屬氫氧化物復合電催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201910321718.3
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110106517A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 徐艷;陳敏;姜德立;李娣;孟素慈;夏昌坤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B11/03;C25B1/04;C23C18/12;C25D9/04;B01J27/049;B01J37/10;B01J37/34
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本發明涉及硫化鈷/層狀雙金屬氫氧化物復合電催化劑及其制備方法，屬于電催化劑技術領域。本發明以穩定性好、導電性好的Co₉S₈/NF為前軀體，通過復合的方式在其表面負載比表面積高、組分均勻分布的納米片，制備硫化鈷/鎳鐵層狀雙金屬氫氧化物/泡沫鎳復合電催化劑。制備的材料可用于電催化析氫析氧，并表現出良好的電催化性能，對硫化鈷/層狀雙金屬氫氧化物復合電催化劑及制備及其應用發展具有重要意義，在電催化析氫析氧方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及硫化鈷/層狀雙金屬氫氧化物復合電催化劑及其制備方法，屬于電催化劑技術領域。

背景技術

近年來，人類發展面臨著嚴峻的能源危機與環境污染問題，通過電解水制備氫氣和氧氣能有效的緩解當前危機。全分解水是目前的研究熱點，包括析氫反應和析氧反應兩部分。然而，由于析氧反應的動力學緩慢，嚴重制約了電解水效率，因此尋求一種高效的析氧電催化劑成為提高全分解水效率的關鍵。目前活性最高的析氧電催化劑是IrO₂和RuO₂，但由于貴金屬材料資源稀缺、價格過高，不利于大規模生產。因此，迫切需要研發出高效、穩定且實用價值較高的非貴金屬催化劑來替代貴金屬催化劑。由于過渡金屬價格相對低廉而且其氫氧化物具有良好的電催化性能，因而受到廣泛的關注。

過渡金屬硫化物(Co₉S₈)因其優異的電化學性能、高導電性和復雜的結構而被廣泛地用作電極材料，由于其獨特的能帶結構，一直是催化劑材料的研究熱點。層狀雙金屬氫氧化物(LDH)也稱為類水滑石化合物，它的基本結構是由帶正電的片層和與之電荷平衡的層間陰離子組成的三明治堆積結構。層狀雙金屬氫氧化物具有獨特的物理和化學性能，由于其特殊的層狀結構和靈活可變的化學組成，因而LDH一直是催化劑材料的研究熱點。作為一種典型的LDH化合物，鎳鐵雙金屬氫氧化物(NiFe-LDH)納米陣列結構比表面積大、活性位點多，有利于電荷傳輸。之前已經有一些利用水熱法制備層狀雙金屬氫氧化物的相關專利，但都存在著導電性能差的致命缺點。為了解決這一問題，本發明以泡沫鎳(NF)為基底，通過電化學沉積的方法，將NiFe-LDH納米片包覆在Co₉S₈表面來構筑核殼結構的復合電極材料，可以顯著提高整個體系的導電性能、增大比表面積、增加表面活性位點，從而提高材料的電催化性能。本發明提供了一種新的解決層狀雙金屬氫氧化物導電性能差的方案。目前，還未見Co₉S₈@LDH/NF復合電極材料的制備及其電催化分解水應用方面的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一個高效電催化分解水的硫化鈷/層狀雙金屬氫氧化物復合結構電催化劑。該發明制備的電催化劑以泡沫鎳為基底，原位生長Co₉S₈@LDH/NF復合結構，具有導電性好、活性位點多等優勢，可以大大降低過電位，顯著提高電催化劑分解水的效率。因此，本發明針對現有電催化劑存在的問題,以降低催化劑成本、優化催化劑結構、提高催化性能為目的，提供一種高效的Co₉S₈@LDH/NF復合電催化劑的制備方法，其方法工藝流程簡單、綠色環保、有望大量生產。

本發明通過以下步驟實現：

(1)預處理泡沫鎳(NF)：將NF(1×1cm)放入稀鹽酸中浸泡以去除表面的氧化鎳層，最后分別用無水乙醇、丙酮超聲洗滌，并烘干備用。