一种硫化钴纳米片阵列的制备方法技术

一种硫化钴纳米片阵列的制备方法。该方法包括以下步骤：将三乙二醇和巯基乙醇按体积比10∶1溶解得到混合溶剂，然后将混合溶剂转移到三口瓶中，随后将1*3cm

【技术实现步骤摘要】
一种硫化钴纳米片阵列的制备方法
本专利技术涉及催化剂制备
，具体为一种硫化钴纳米片阵列的制备方法。
技术介绍
随着经济的发展，人们对能源的需求也日益增加。20世纪初期及之前，人们获得能源的主要途径是通过传统的化石能源得到，但化石能源是不可再生能源，其储量的逐年减少，使得能源危机发生的可能性与日俱增；并且化石燃料的燃烧引起一系列的环境问题，导致了环境污染和温室效应加剧等。为了解决人类将要面对的能源危机，寻求一种高效、无污染、储量丰富的能源成为重要研究方向。在二十世纪七十年代，氢气作为一种新兴能源越来越受到人们的重视。目前来说电解水制氢是最有前景的一个途径，但是在电解水制氢过程中，电解水成本高的问题一直阻碍其发展。电解水制氢需要利用高效的催化剂来降低反应的能量势垒，进而提升能量转换效率。在已知的电解水催化剂中，Pt是最好的HER催化剂，而Ru、Ir及其氧化物是最好的OER催化剂，但由于贵金属自然储备低、花费成本高、易毒化等缺点，严重限制了它们的实际应用，因此研究人员一直在努力寻找可替代贵金属材料的廉价催化剂。过渡金属原子因其d轨道电子结构多变、储量丰富、环境友好、元素种类多、可调控性大等优点，具有很大的科研及商用潜在价值。硫化钴纳米片阵列因其具有低成本、良好的稳定性、高导电性以及活性面积大等优点而备受人们关注，所以对它的相关研究变得层出不穷。2016年廖世俊课题组，利用化学气相沉积的方法制备出了纯相的硫化钴纳米片，在10mA/cm2时的OER过电势为371mV；2017年李昌明课题组利用电沉积的方法制备出了纯相的硫化钴纳米片，在10mA/cm2时的OER过电势为350mV；2018年胡文彬课题组利用水热的方法制备出了纯相的硫化钴纳米片阵列，在10mA/cm2时的OER过电势为420mV。但目前报道中，硫化钴纳米片阵列的制备方法存在严重耗能、高温、高压、电子传输效率低、电催化性能不佳等缺点，会引起电极过电势的增加，电极阻抗和电极过电势的增加，会导致电能效率的降低，所以硫化钴纳米片阵列的制备工艺有待改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对当前技术中存在的水热法、化学气相沉积法以及电沉积法高压高温，耗时长，重复性不佳以及原料消耗严重的缺点，提供了一种新的硫化钴纳米片阵列的制备方法。本专利技术采用三乙二醇和巯基乙醇混合溶剂作为液相硫源，利用混合升温的方法在钴泡沫上原位制备了硫化钴纳米片阵列，并且表现出了优异的电催化性能。本专利技术工艺简易，低成本，并且重复率以及材料利用率都很高，而且还可以大规模制备，是一个很好的硫化钴纳米片阵列的制备工艺。本专利技术的技术方案为：一种硫化钴纳米片阵列的制备方法，包括以下步骤：(1)配置混合溶剂将三乙二醇和巯基乙醇按体积比10∶1溶解成混合溶剂，随后将溶剂转移到三口瓶中。(2)制备泡沫钴负载的硫化钴纳米片阵列将1*3cm2的泡沫钴浸入到步骤(1)中配好的混合溶剂中，随后加热三口瓶直至160℃，保温20min，然后关掉加热装置，使三口瓶冷却到室温，得到泡沫钴负载的硫化钴纳米片阵列。所述的三乙二醇和巯基乙醇的纯度均为99％。所述的泡沫钴的纯度为90％，密度为0.63g/cm3，孔隙率为95％，厚度为0.6～1.5mm。本专利技术的有益效果；(1)本方法采用混合升温的方法制备泡沫钴负载的硫化钴纳米片阵列，极大的简化了制备工艺。(2)本方法制备的硫化钴纳米片阵列的的电催化性能优于通过水热法、化学气相沉积法、电沉积等方法制备的硫化钴纳米片阵列，同时也节省资源、低成本。(3)本方法制备的硫化钴纳米片阵列均匀负载在泡沫钴上，提升了电极的电子传输速率并且提高了硫化钴的电催化性能。(4)本方法制备的硫化钴纳米片阵列应用到电催化中有很好的催化性能。附图说明图1为加热温度160℃，保温时间是20min得到的硫化钴纳米片阵列的X射线衍射图；图2为加热温度160℃，保温时间是20min得到的硫化钴纳米片阵列的SEM图；图3为不同的加热温度(120℃、160℃、200℃)，保温时间都是20min得到的硫化钴纳米片阵列的极化曲线图。图4为不同的保温时间(10min、20min、30min)，加热温度都是160℃得到的硫化钴纳米片阵列的极化曲线图。具体实施方式本专利技术涉及的泡沫钴的生产厂家为Sigma公司，密度为0.63g/cm3，孔隙率为95％，厚度为1mm；三乙二醇的生产厂家为Aladdin公司，纯度为分析纯，密度为1.126g/cm3；巯基乙醇的生产厂家为Sigma公司，纯度为99％，密度为1.11g/cm3。实施例1(1)配置混合溶剂将三乙二醇和巯基乙醇按体积比10∶1溶解成混合溶剂，随后将溶剂转移到三口瓶中。(2)制备泡沫钴负载的硫化钴纳米片阵列将1*3cm2的泡沫钴浸入到步骤(1)中配好的混合溶剂中，随后加热三口瓶直至160℃，保温20min，然后关掉加热装置，使三口瓶冷却到室温，得到泡沫钴负载的硫化钴纳米片阵列(Co4S3/CF)。X射线衍射图(图1)中的(311)、(222)、(400)、(331)、(511)、(440)晶面分别与标准卡片JCPDSNo.02-1338相对应，证明为纯相的硫化钴(Co4S3)，表明所专利技术的方法可以用来制备纯相硫化钴。其中三个最强的衍射峰为泡沫钴基底的衍射峰，图1中的(002)、(101)(110)晶面分别与标准卡片JCPDSNo.05-0727相对应，证明为钴单质。SEM扫描图(图2)表明硫化钴以纳米片阵列的形式均匀的长在在泡沫钴上，并且硫化钴纳米片的厚度约为120nm，大小约为5μm左右。样品的极化曲线(图3)表明硫化钴纳米片阵列在10mA/cm2时的OER过电势为320mV(在1MKOH电解液下进行电催化测试)。相较于廖世俊课题组利用化学气相沉积的方法制备出的硫化钴纳米片的OER过电势降低了50mV左右，相较于胡文彬课题组利用水热的方法制备出的硫化钴纳米片阵列的OER过电势降低了100mV.实施例2其他步骤同实施例1，不同之处为加热温度，由160℃改变为120℃和200℃，结果也都得到了硫化钴纳米片阵列，但是在120℃条件下制备的纳米片阵列的均匀性以及结晶性很差，并且片花的厚度在200nm左右，纳米片的大小为2μm左右；将制备的样品的应用到电催化中，它的OER过电势是340mV。相较于廖世俊课题组利用化学气相沉积的方法制备出的硫化钴纳米片的OER过电势降低了30mV左右，相较于胡文彬课题组利用水热的方法制备出的硫化钴纳米片阵列的OER过电势降低了80mV.样品具体的极化曲线如图3所示。此外，在200℃条件下制备的纳米片阵列的均匀性也不是很好，纳米片的厚度在150nm左右，纳米片的大小在3μm左右；将制备的样品的应用到电催化中，它的OER过电势是330mV。相较于廖世俊课题组利用化学气相沉积的方法制备出的硫化钴纳米片的OER过电势降低了40mV左右，相较于胡文彬课题组利用水热的方法制备出的硫化钴纳米片阵列的OER过电势降低了90mV.样品具体的极化曲线如图3所示。实施例3其他步骤同实施例1，不同之处为保温时间，由20min改变为10min和30min，结果也都得到了硫化钴纳米片阵列。其中在保温时间是10min时得到的纳米片的厚度在160nm左右，并且片的大小约为4μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化钴纳米片阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)配置混合溶剂将三乙二醇和巯基乙醇按一定体积比溶解成混合溶剂，随后将溶剂转移到三口瓶中。(2)制备泡沫钴负载的硫化钴纳米片阵列将1*3cm2的泡沫钴浸入到步骤(1)中配好的混合溶剂中，随后加热三口瓶直至120‑200℃，保温10‑30min，然后关掉加热装置，使三口瓶冷却到室温，得到硫化钴纳米片阵列。

【技术特征摘要】
1.一种硫化钴纳米片阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)配置混合溶剂将三乙二醇和巯基乙醇按一定体积比溶解成混合溶剂，随后将溶剂转移到三口瓶中。(2)制备泡沫钴负载的硫化钴纳米片阵列将1*3cm2的泡沫钴浸入到步骤(1)中配好的混合溶剂中，随后加热三口瓶直至120-200℃，保温10-30min，然后关掉加热装置，使三口瓶冷却到室温，得到硫化钴纳米片阵列。2.如权利要求1所述的硫化钴纳米片阵列的制备方法，其特征在于，所述泡沫钴的纯度为90％，密度为0.63g/cm3，孔隙率为95％，厚度为0.6-1.5mm。泡沫钴分别在盐酸、去离子水和无水乙醇中超声清洗15min。3.如权利要求1所述的硫化钴纳米片阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，三乙二醇和巯基乙醇的体积比为10∶1。4.如权利要求1所述的硫化钴纳米片阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加热温度为160℃，保温时间为20min，制备出硫化钴纳米片阵列，纳米片的厚度为80-130nm，纳米片的大小为4.2-5.4μm。5.如权利要求1所述的硫化钴纳米片阵列的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加热温度为120℃，保温时间为20min，制备出硫化钴纳米片...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝秋艳，李士云，刘辉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12