[發明專利]一種一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910959232.2
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110711590B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 王偉智;李慰;但德鑫;吳俊瑤
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C25B11/054;C25B11/061;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 任晨晨

本發明提供了一種一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料及其制備方法和應用，將尿素與可溶性鈷鹽溶解在水中，恒溫加熱反應后可在泡沫銅基底上生長出一維陣列結構的Co前驅體材料。再將其置于N,N?二甲基甲酰胺溶劑中與巰基乙酸反應，得到一維Co₉S₈/Cu₂S復合物納米陣列@泡沫銅材料。與現有的技術相比，本發明通過液相方法制備出一維Co₉S₈/Cu₂S復合物納米陣列@泡沫銅材料，操作方便，設備和工藝簡單，受環境影響小，易于大規模的生產；所得的一維Co₉S₈/Cu₂S復合物納米陣列@泡沫銅材料在酸性和堿性環境中都表現出優良的催化電解水析氫反應性能，具有良好的實際應用前景。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料及其制備方法和應用。

背景技術

自上世紀以來，能源和環境問題成為全球焦點問題。隨著工業革命給人類的生產生活帶來的巨大改變，能源消耗驟增，而已探明的化石燃料儲存量卻越來越少。并且大量的化石燃料的使用，帶來的環境問題數不勝數，例如全球溫室效應，土壤酸堿平衡失調和大氣污染等，破壞了人類賴以生存的自然環境。所以開發一種儲量豐富且清潔的新能源成為全球科學家們亟待解決的課題。

氫氣因具有高燃值、來源廣泛并且燃燒后零碳排放等眾多優點成為替代化石燃料的最佳新能源之一。要將氫氣作為能源大規模普及到人們日常生活中，大規模制氫工藝的發展就是有待解決的關鍵問題之一。

基于電解水陰極發生的析氫反應來制取氫氣，以無污染，產物純度高和產量高的諸多優點在眾多制氫方法中脫穎而出。然而電解水制氫目前最大的困難在于析氫反應過電位的存在而導致外加電壓過高，加大了電能的損耗，增加了氫氣的制備成本。使用催化劑來降低析氫反應過電位，是解決這一問題的有效途徑。但是以Pt和Ir等貴金屬為代表的析氫反應催化劑，因其地球儲量稀少，價格昂貴，限制了其在實際工業生產中大規模的應用。

近年來研究表明，過渡金屬硫化物材料具有催化析氫反應的性能，而且價格低廉地球儲量豐富，是電解水制氫工藝大規模實際應用的理想催化劑材料。但是，塊體的過渡金屬硫化物，因其催化活性面積小，導致催化活性較差，且單一組分的過渡金屬硫化物自身的催化性能也大多不高，限制了實際使用效果。

發明內容

本發明的目的在于提供一種一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料，其一維納米陣列結構有效提高了材料的比表面積，增加了材料的催化活性位，且鈷硫化合物與硫化亞銅相復合，兩種物質間的協同作用，進一步提高了材料本身的催化性能。

本發明的另一目的在于提供一種一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料的制備方法，該制備方法過程、工藝、設備簡單高效，原料成本低。

本發明還有一個目的在于提供一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料的應用，具體為：催化電解水析氫反應的應用。本發明提供的一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料直接作為電極材料用于催化電解水析氫反應，且在酸性和堿性環境下，都表現出優良的催化性能。

本發明具體技術方案如下：

一種一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料的制備方法，包括以下步驟：

A、將泡沫銅置于含鈷源和尿素的溶液中，密封，加熱反應，得到Co前驅體@泡沫銅材料；

B、將巰基乙酸和N，N-二甲基甲酰胺混勻后，加入步驟A得到的Co前驅體@泡沫銅材料，密封，加熱反應，得到一維鈷硫化合物/硫化亞銅復合物納米陣列@泡沫銅材料。

步驟A中所述鈷源中Co²⁺與尿素的摩爾比為1:2～1:5。