本发明专利技术公开了一种过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料的制备方法及应用，其制备方法：将钴盐和过渡金属盐分散在水和醇的混合溶液中，加入氨和胺混合溶液，在室温下快速生成过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料，直接在体系中加入全氟磺酸聚合物，将制备得到的溶液负载到泡沫镍上，干燥后得到电极材料，该电极材料可以应用于催化电解水。本发明专利技术提供了一种简单且低成本的合成过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料的方法，该材料对催化水裂解具有高效的活性。
Preparation and application of a transition metal doped nano-a-co 2
【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的制备方法及应用
本专利技术涉及电化学领域高效电催化水裂解技术，具体涉及一种过渡金属掺杂纳米α-Co(OH)2材料的制备方法及其催化水裂解的应用。技术背景近代以来，由于工业的不断发展，能源危机和环境污染越来越严重，因此寻找可再生的清洁能源显得迫在眉睫。电催化裂解水制氢在能源的转换和存储方面有着重要的应用，然而要达到高效裂解水仍然是一个重大挑战，目前电催化裂解水制氢需要使用铂、钌、铒、钯的贵重稀有金属类化合物为催化剂，催化剂成本偏高，很难大规模应用，近年来过渡金属纳米材料被证明是比较好的替代材料（Science,2016,352,6283），但现有的方法存在制备方法复杂、成本高的缺点。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的制备方法及其在催化水裂解中的应用，该方法将钴盐和过渡金属盐分散在水和醇的混合溶液中，加入氨水和有机胺混合溶液，在室温下快速生成过渡金属掺杂的纳米α-氢氧化钴材料，直接在体系中加入全氟磺酸聚合物，将制备得到的溶液负载到泡沫镍上，干燥后得到电极材料，该电极材料可以应用于催化电解水。实现本专利技术目的的具体技术实施方案是：一种过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的制备方法，该方法包括以下具体步骤：步骤1：钴盐和过渡金属盐前驱体溶液的配制先将钴盐和过渡金属盐溶解在水中，在磁力搅拌下加入醇类溶剂，搅拌均匀后得到前驱体溶液；其中，所述钴盐与过渡金属盐的摩尔比为100:5-40；所述的醇与水的体积比为5-1:1-5；所述醇为无水醇，所述水为去离子水；步骤2：氨和胺混合溶液的配制依次将氨水和胺加入到醇和水的混合溶液中配制得到氨和胺混合溶液；所述的氨水和有机胺的摩尔比为5:1-25；步骤3：过渡金属掺杂纳米α-Co(OH)2的形成在激烈搅拌下，将步骤2中制备得到的氨和胺混合溶液滴加到步骤1中的前驱体溶液中，在10-50℃温度下反应10min-10h，得到所述过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料；其中，金属盐和氨水的摩尔比为1:1-10。一种上述方法制得的过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料可作为催化剂，应用于电催化水裂解。所述的应用，具体包括：步骤1：过渡金属掺杂的α-Co(OH)2和全氟磺酸聚合物复合物的制备在激烈搅拌下，在过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料中加入全氟磺酸聚合物溶液，得到复合物；其中，所述全氟磺酸聚合物溶液质量分数为1%-25%；全氟磺酸聚合物溶液与过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料体积比为1:1000-5；步骤2：负载过渡金属掺杂的α-Co(OH)2催化剂泡沫镍电极材料的制备将泡沫镍浸泡入步骤1制得的复合物中，1min-1h取出泡沫镍，放置在室温中自然晾干，得到负载过渡金属掺杂的α-Co(OH)2催化剂的泡沫镍电极材料；其中，所述泡沫镍面积为0.1cm-2-100cm-2；步骤3：以所得负载过渡金属掺杂的α-Co(OH)2催化剂的泡沫镍电极材料为阳极、铂丝电极为阴极、Ag/AgCl电极为参比电极，用0.5M-2M碱性溶液作为电解液，施加5-500mA/cm-2的电流密度进的电流行催化裂解水；所述的碱性溶液溶质可为KOH、NaOH中的一种或两种混合。所述钴盐为硝酸钴、碳酸钴、硫酸钴、氯化钴、氟化钴、溴化钴、碘化钴、醋酸钴和乙酰丙酮钴中的一种或几种混合。所述过渡金属盐为镍盐、锰盐、铜盐和铬盐中的一种或几种混合。所述醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇中的一种或几种混合。所述的胺为甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺中的一种或几种混合。本专利技术意义在于专利技术了一种简单且低成本的合成过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的方法，该材料对催化水裂解具有高效的活性。附图说明图1为本专利技术实施例16得到的过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴扫描电镜图；图2为本专利技术实施例制备得到的过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴XRD图；图3为本专利技术实施例25制备得到的负载过渡金属掺杂纳米α-Co(OH)2材料的泡沫镍电极图；图4为本专利技术实施例25催化裂解水实验装置图；图5为本专利技术实施例25催化裂解水产生氧气的物质的量随时间的变化关系理论值与实验值的比较图。具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的保护内容不局限于以下实施例。在不背离专利技术构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本专利技术中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本专利技术的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本专利技术没有特别限制内容。实施例1将0.04克FeCl2和0.58克Co(NO3)2依次加入到5mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入15mL甲醇，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例2将0.2克FeCl2和0.58gCo(NO3)2依次加入到5mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入10mL甲醇，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例3将0.15克CuCl2和0.58gCo(NO3)2依次加入到5mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入20mL丙醇，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例4将0.5克MnCl2和0.58gCoCl2依次加入到5mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入20mL丁醇，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例5将0.3克Ni(OAc)2和0.7gCo(OAc)2依次加入到5mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入5mL乙二醇，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例6将0.3克Ni(OAc)2和0.7gCo(OAc)2依次加入到5mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入5mL乙二醇，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例7将0.1克CuCl2,0.2克Ni(OAc)2和0.7gCoF2依次加入到5mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入5mL甲醇中，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例8将0.2克FeCl2,0.1克Ni(OAc)2和0.7gCo(NO3)2依次加入到10mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入5mL乙醇中，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例9将0.2克FeCl2,0.2克Mn(OAc)2和1.4gCo(NO3)2依次加入到10mL去离子水中，搅拌溶解均匀后加入15mL乙醇中，搅拌均匀得到前驱体溶液。实施例10将3mL质量分数为28%氨水和1mL和质量分数33%甲胺甲醇溶液溶解在50mL水中得到氨/甲胺混合液。实施例11将3mL28%氨水和2mL乙胺溶解在50mL水中得到氨/乙胺混合液。实施例12将3mL28%氨水、2mL乙胺、1mL己胺溶解在50mL水中得到氨/乙胺混合液。实施例13将4mL28%氨水、2mL丙胺、1mL戊胺溶解在50mL水中得到氨/丙胺混合液。实施例14将4mL28%氨水和2mL己胺溶解在50mL水中得到氨/丙胺混合液。实施例15将4mL28%氨水和2mL丁胺溶解在50mL水中得到氨/丙胺混合液。实施例16将1mL实施例10制备得到的胺/甲胺溶液在激烈搅拌下加入到实施例1中制备得到的前驱体溶液中，在室温下搅拌反应30分钟，得到过渡金属Fe掺杂的纳米α-氢氧化钴；其扫描电镜图如图1所示；XRD图如图2所示。实施例17将2mL实施例11制备得到的胺/乙胺/己胺溶液在激烈搅拌下加入到实施例2中制备得到的前驱体溶液中，在室温下搅拌反应30分钟本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：钴盐和过渡金属盐前驱体溶液的配制先将钴盐和过渡金属盐溶解在水中，在磁力搅拌下加入醇类溶剂，搅拌均匀后得到前驱体溶液；其中，所述钴盐与过渡金属盐的摩尔比为100:5‑40；所述的醇与水的体积比为5‑1:1‑5；所述醇为无水醇，所述水为去离子水；步骤2：氨和胺混合溶液的配制依次将氨水和胺加入到醇和水的混合溶液中配制得到氨和胺混合溶液；所述的氨水和胺的摩尔比为5:1‑25；步骤3：过渡金属掺杂纳米α‑Co(OH)2的形成在激烈搅拌下，将步骤2中制备得到的氨和胺混合溶液滴加到步骤1中的前驱体溶液中，在10‑50℃温度下反应10min‑10h，得到所述过渡金属掺杂纳米α‑氢氧化钴材料；其中，金属盐和氨水的摩尔比为1:1—10。
【技术特征摘要】
1.一种过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：钴盐和过渡金属盐前驱体溶液的配制先将钴盐和过渡金属盐溶解在水中，在磁力搅拌下加入醇类溶剂，搅拌均匀后得到前驱体溶液；其中，所述钴盐与过渡金属盐的摩尔比为100:5-40；所述的醇与水的体积比为5-1:1-5；所述醇为无水醇，所述水为去离子水；步骤2：氨和胺混合溶液的配制依次将氨水和胺加入到醇和水的混合溶液中配制得到氨和胺混合溶液；所述的氨水和胺的摩尔比为5:1-25；步骤3：过渡金属掺杂纳米α-Co(OH)2的形成在激烈搅拌下，将步骤2中制备得到的氨和胺混合溶液滴加到步骤1中的前驱体溶液中，在10-50℃温度下反应10min-10h，得到所述过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料；其中，金属盐和氨水的摩尔比为1:1—10。2.一种权利要求1所述方法制得的过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料作为催化剂，应用于电催化水裂解。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，该应用具体包括：步骤1：过渡金属掺杂的α-Co(OH)2和全氟磺酸聚合物复合物的制备在激烈搅拌下，在过渡金属掺杂纳米α-氢氧化钴材料中加入全氟磺酸聚合物溶液，得到复合物；其中，所述全氟磺酸聚合物溶液质量分数为1%-25%；全氟磺酸聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：林和春，曹波，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
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