[發明專利]一種碳布負載的多酸衍生鈷鉬硫化物的制備及電催化應用

有效

• 申請號: 202110652278.7
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113445073B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 龐海軍;胡素敏;楊若茹;馬慧媛;張春晶;于曉晶
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C25B11/054
• 分類號: C25B11/054;C25B11/065;C25B11/075;C25B1/04
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本發明涉及電催化析氫領域一種碳布負載的鈷鉬硫化物的制備及其應用。本發明目的是解決現有技術合成高性能電催化劑的原材料儲備稀少、析氫反應過電位較高、造價昂貴的問題。本專利設計與研制了一種碳布負載的鈷鉬硫化物材料CoS₂?MoS₂。所采用的方法：以Keggin型多酸鈷鉬十二、硫脲和碳布為原料，采用一步水熱合成法，制備的碳布負載的多酸衍生鈷鉬硫化物可適用于堿性電解液中的電催化析氫反應且具有低析氫過電位和高催化活性。

技術領域

本發明涉及電催化析氫領域，特別涉及一種碳布負載的多酸衍生鈷鉬硫化物的制備

背景技術

隨著社會的發展對能源需求的迫切需要、化石燃料的日漸枯竭，生態友好、可持續的氫能源引起人們極大地關注。其中，電化學析氫反應是一條清潔、簡便、可再生的可有效緩解能源需求的途徑。目前，最傳統、最優異的電催化劑是基于貴金屬材料的催化劑，貴金屬Pt催化活性強，在電催化析氫領域備受關注，但其稀有性以及昂貴的價格限制了其應用市場。多酸具有良好的氧化還原能力，可以可逆地接受和釋放一個或多個電子。而電化學反應正是通過電子轉移發生，所以這為其作為HER催化劑提供了可能。并且多酸合成方法簡單、成本低廉、結構繽紛多樣、具有氧化還原活性高的金屬元素，多酸可以通過共價鍵與有機體系結合為多酸基無機-有機雜化化合物，還可以取代/摻雜其他元素，形成的雜多酸納米團簇，這樣可以對多酸的電化學等性質進行一定的調節。并且，通過一些手段使多酸與其他物質結合為復合材料也是調節多酸本身性能的手段。先前研究表明雙金屬基復合材料的電催化性能更勝一籌。因此，以多酸為前驅體制備高活性、高穩定性和導電性的雙金屬基復合材料是一項有前途且有意義的工作。

發明內容

為了克服上述現有電催化析氫催化劑比表面積低，價格昂貴以及多酸作為原料穩定性差、導電性差、等的不足，本發明提供了一種制備簡單、價格低廉的方法且制備出的碳布負載的多酸衍生鈷鉬硫化物作為電催化析氫催化劑材料具有較高的比表面積、較高的電催化性能和良好的穩定性等優點。

本發明的目的是這樣實現的：

一種碳布負載的多酸衍生鈷鉬硫化物的制備，包括以下步驟：

(1)將碳布裁剪成約1x1.5?cm²的長方形方塊，依次用丙酮、乙醇和去離子水對其進行超聲處理30min，然后再將碳布浸泡在濃硝酸中，轉移到水熱反應釜中，100℃恒溫1～2h，降至室溫后，回收硝酸待下次重復使用，再用去離子水反復沖洗碳布，放入烘箱中80℃烘干過夜備用。

(2)將0.0345g的鈷鉬十二多酸，0.06g的硫脲，溶解于10ml的去離子水中，放入一片步驟(1)中預處理過的碳布，在磁力攪拌器上攪拌1～2個小時，將混合溶液置于水熱反應釜中，在200℃烘箱中反應24個小時，自然冷卻至室溫。

(3)取出反應過后的碳布，用去離子水反復沖洗并置于60℃烘箱中干燥過夜，即得到一種碳布負載的鈷鉬硫化物材料CoS₂-MoS₂，且在碳布表面均勻覆蓋。

上述的碳布負載的多酸衍生鈷鉬硫化物的應用，主要是在電催化分解水析氫方面。

上述應用方法如下：以1.0摩爾每升氫氧化鉀水溶液作為電解液溶液，所述碳布負載的鈷鉬硫化物材料CoS₂-MoS₂作為工作電極，以飽和甘汞電極為參比電極，碳棒電極作為對電極，如此搭建三電極體系。在堿性電解質溶液中，當過電位為69mV時，電流密度為10mAcm^-2，并可保持穩定工作狀態24個小時。

與現有技術相比，本發明具有如下特點：