一种电解水制氢用催化剂CoP制造技术

本发明专利技术属于电解水制氢技术领域，公开一种电解水制氢用催化剂CoP

【技术实现步骤摘要】
一种电解水制氢用催化剂CoPxSy/MWCNTs及其制备方法
本专利技术属于电解水制氢
，具体涉及一种电解水制氢用催化剂CoPxSy/MWCNTs及其制备方法。
技术介绍
随着环境污染的加剧和化石燃料的不断消耗，不断促使研究者致力于发展高效、清洁和可再生能源。在各种可持续能源中，氢能，因其能量密度高、环境友好、来源丰富及可再生等特性，被认为是绿色能源，是未来取代传统化石燃料的最有希望的清洁能源候选者之一。电解水制氢技术被认为是可持续制氢的理想方法，析氢反应（HER），作为电解水的一个重要过程，已经引起了研究者的广泛关注，这就要求高效的电催化剂用于HER，以降低过电位，提高能量利用率。目前，在传统贵金属中，Pt基材料依然被认为是最有效的HER催化剂，但是其价格昂贵和储量低限制了大规模的实际应用。因此，研究开发廉价高效的非贵金属催化剂是实现低成本电解水制氢的关键科学问题之一，也是目前该领域的研究热点和重点。各种非贵金属基HER电催化剂，包括过渡金属硫化物、硒化物、磷化物、碳化物和氮化物等由于其具有高效的电催化性能而被广泛研究，用以取代贵金属催化剂。硫化钴作为非贵金属材料的一种，由于其独特的特性（如成本低、易于调控结构），在电催化方向具有广泛应用。掺杂其它元素可以调控原有结构的电子结构，对硫化钴原位掺杂P，可以调控材料电子结构，增加活性位点，已经在各种情况下表现出极好的电化学性能，被认为是一种有前景的电化学HER催化剂。CNTs因其高的导电性而作为复合材料的应用优势已经得到证实，其原位生长的纳米片可以与CNTs表面接触阻止材料聚集，并且进一步增加了材料的导电性和反应传质，从而改善催化性能。因此，P掺杂CoS2纳米片通过复合CNTs有望达到理想的接近贵金属的催化性能。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷与不足，本专利技术的目的在于提供一种电解水制氢用催化剂CoPxSy/MWCNTs及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种电解水制氢用催化剂CoPxSy/MWCNTs，所述催化剂CoPxSy/MWCNTs为磷掺杂CoS2纳米片与多壁碳纳米管的复合材料，其中，CoPxSy代表磷掺杂CoS2纳米片，MWCNTs代表多壁碳纳米管，0＜y＜2，x=2-y。制备方法，步骤如下：（1）、将MWCNTs超声分散在1#水中，制得悬浮液；（2）、将Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·6H2O和CO(NH2)2溶于2#水中，搅拌溶解至澄清，制得澄清液；搅拌下将澄清液加入到步骤（1）所得悬浮液中，然后搅拌均匀，移入反应釜中，120-150℃水热反应6-9h，冷却后离心、洗涤、干燥，制得CoAl-LDH/MWCNTs复合材料；（3）、将CoAl-LDH/MWCNTs复合材料在NaOH溶液中室温浸泡，过滤，洗涤、干燥，获得α-Co(OH)/MWCNTs样品；（4）、将α-Co(OH)/MWCNTs置于管式炉下游、P2S5置于管式炉上游，在惰性气氛下，升温至450-550℃保持1-2h，冷却后获得催化剂CoPxSy/MWCNTs。较好地，步骤（1）和步骤（2）中，原料配比为MWCNTs∶1#水∶Co(NO3)2‧6H2O∶Al(NO3)3‧6H2O∶CO(NH2)2∶2#水=（15-30）mg∶（20-40）mL∶（1-3）mmol∶（1-2）mmol∶（1-10）mol∶（30-50）mL。较好地，步骤（3）中，NaOH溶液的浓度为4-6mol/L。较好地，步骤（3）中，浸泡10-12h。较好地，步骤（2）和步骤（3）中，洗涤时分别用水和乙醇洗涤数次，干燥时的温度为70-90℃。较好地，步骤（4）中，以质量比计，α-Co(OH)/MWCNTs复合材料∶P2S5=1∶（5–10）。较好地，步骤（4）中，以5-10℃/min的速率升温。与现有技术相比，本专利技术采用P2S5分子高温硫磷化α-Co(OH)/MWCNTs可实现对硫化钴的原位P掺杂获得CoPxSy/MWCNTs催化剂，所制备的CoPxSy/MWCNTs催化剂用于电解水制氢具有超高的活性。附图说明图1：对照例1制备的催化剂CoP0.8S1.2的EDX集成光谱图像。图2：对照例1制备的催化剂CoP0.8S1.2的场发射扫描电子显微镜图（a）和透射电子显微镜图（b）。图3：实施例1制备的催化剂CoP0.8S1.2/MWCNTs的场发射扫描电子显微镜图（a）和透射电子显微镜图（b）。图4：对照例1制备的催化剂CoP0.8S1.2以及实施例1制备的催化剂CoP0.8S1.2/MWCNTs的X射线粉末衍射图。图5：对照例1制备的催化剂CoP0.8S1.2以及实施例1制备的催化剂CoP0.8S1.2/MWCNTs电解水制氢的极化曲线（LSV）图（a）、塔菲尔斜率图（b）以及电化学阻抗（EIS）图（c）。具体实施方式为使本专利技术更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1催化剂CoP0.8S1.2/MWCNTs的制备方法，步骤如下：（1）、取30mgMWCNTs超声搅拌2h分散在30mL重蒸水中，制得悬浮液；（2）、将Co(NO3)2‧6H2O(3mmol)、Al(NO3)3‧6H2O(1mmol)和CO(NH2)2(10mol)溶于40mL重蒸水中，搅拌溶解至澄清，搅拌下滴入步骤（1）所得悬浮液中，然后搅拌30min，移入100mL反应釜中，150℃水热6h，冷却后离心，分别用水和无水乙醇洗涤三次，70℃干燥，制得片状钴铝双氢氧化物与多壁碳纳米管复合材料即CoAl-LDH/MWCNTs复合材料；（3）、将CoAl-LDH/MWCNTs复合材料在5MNaOH溶液中浸泡10h，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤三次，70℃干燥，获得α-Co(OH)/MWCNTs样品；（4）、取50mgα-Co(OH)/MWCNTs倒入磁舟中置于管式炉下游，取0.5gP2S5倒入磁舟中置于管式炉上游，两个磁舟的中心相距大约5cm，在Ar气气氛下，以5℃/min升温至500℃，在500℃保持1h，冷却后获得催化剂CoP0.8S1.2/MWCNTs。对照例1催化剂CoP0.8S1.2的制备方法，与实施例1的区别在于：不添加MWCNTs，具体步骤如下：（1）、将Co(NO3)2‧6H2O(3mmol)、Al(NO3)3‧6H2O(1mmol)和CO(NH2)2(10mol)溶于40mL重蒸水中，搅拌溶解至澄清，移入100mL反应釜中，150℃水热6h，冷却后离心，分别用水和无水乙醇洗涤三次，70℃干燥，制得片状钴铝双氢氧化物即CoAl-LDH；（2）、将CoAl-LDH在5MNaOH溶液中浸泡10h，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤三次，70℃干燥，获得α-Co(OH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解水制氢用催化剂CoP

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢用催化剂CoPxSy/MWCNTs，其特征在于：所述催化剂CoPxSy/MWCNTs为磷掺杂CoS2纳米片与多壁碳纳米管的复合材料，其中，0＜y＜2，x=2-y。


2.一种如权利要求1所述的电解水制氢用催化剂CoPxSy/MWCNTs的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）、将MWCNTs超声分散在1#水中，制得悬浮液；
（2）、将Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·6H2O和CO(NH2)2溶于2#水中，搅拌溶解至澄清，制得澄清液；搅拌下将澄清液加入到步骤（1）所得悬浮液中，然后搅拌均匀，移入反应釜中，120-150℃水热反应6-9h，冷却后离心、洗涤、干燥，制得CoAl-LDH/MWCNTs复合材料；
（3）、将CoAl-LDH/MWCNTs复合材料在NaOH溶液中室温浸泡，过滤，洗涤、干燥，获得α-Co(OH)/MWCNTs样品；
（4）、将α-Co(OH)/MWCNTs置于管式炉下游、P2S5置于管式炉上游，在惰性气氛下，升温至450-550℃保持1-2h，冷却后获得催化剂CoPxSy/MWCNTs。


3.如权利要求2所述的电解水制氢用催化剂CoPxSy/MWCNTs的制备方法，其特征在于：步骤（1）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保军，李中爽，刘艳艳，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41