一种钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法，涉及燃料电池材料技术领域。包括以下步骤：将钼源分散于水溶剂后，依次加入配位剂、钴源，混合均匀后，调节反应溶液pH值为4～5，并于45～55℃反应2～4h，获得钴掺杂于二氧化钼的前驱体；将制得的钴掺杂于二氧化钼的前驱体，在惰性气氛中于550～650℃热处理2～4h，即得钴掺杂二氧化钼电催化剂；所述钴源与所述钼源的摩尔比为0.005～0.02。本发明专利技术提供催化剂是二氧化钼在钴的掺杂下，能够有效提高MoO2电催化剂的析氢活性。电催化剂的析氢活性。电催化剂的析氢活性。

【技术实现步骤摘要】
一种钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及燃料电池材料
，具体涉及一种钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于过度的使用化石燃料等，造成了很严重的环境污染，因而开发新的清洁能源就变得非常有必要性。氢能做为最有希望的绿色和可持续能源之一，由于其零碳排放，高能量转换效率和高能量密度而引起了全世界研究人员的广泛关注。为了克服氢释放反应 (HER)中缓慢的动力学，需要高效的电催化剂，其可以降低不可避免的动态过电势，从而降低电催化电压并节省电能。其中，铂族贵金属催化剂被认为是HER最有效的催化剂。不幸的是，它们在大规模制氢中的实际应用受到其高成本，自然稀缺性和不能令人满意的催化耐久性的限制。因此，开发具有丰富地球资源的低成本高效催化剂对促进水分解产生电催化氢的商业化至关重要。
[0003]目前，富含地球的基于Mo的纳米结构(如 MoC，Mo2C，MoS2，MoO2和MoP)已成为HER的新有希望的电催化剂。研究表明，它们的类似Pt的d波段电子结构对于产生氢非常有益。其中，MoO2由于其独特的金红石结构畸变而表现出高的金属样电导率和高稳定性，并作为HER的非贵金属电催化剂具有很大的潜力。但是，MoO2纳米结构对HER的催化活性中心主要集中在 Mo和O边缘，因此暴露的活性中心严重限制了相应的产氢电化学性能。缺陷工程被认为是一种显着提高电催化剂催化活性的有效策略。理论计算和实验均表明，空位作为原子缺陷不仅可以促进活性位点的暴露或充当活性位点，而且可以降低能垒，有利于水分子或中间反应物种在表面的吸附/解吸。而元素掺杂是在金属氧化物中产生大量空位缺陷的简便有效途径，近来，已有一些关于通过元素掺杂大大提高MoO2电催化剂的析氢活性的研究。值得注意的是，除了非金属元素掺杂以外，金属元素掺杂还可以促进氢生成过程中的电催化活性，但是关于金属掺杂的MoO2析氢鲜有报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述
技术介绍
中存在的不足，提供一种钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法及其应用，是通过钴掺杂，把钴元素均匀分布在二氧化钼纳米线中，然后在惰性气氛中热解而制得，钴元素掺杂于二氧化钼的晶格中，在二氧化钼在金属钴的掺杂下，能够有效提高MoO2电催化剂的析氢活性。
[0005]本专利技术第一个目的是提供一种钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将钼源分散于水溶剂后，依次加入配位剂、钴源，混合均匀后，调节反应溶液pH值为4～5，并于45～60℃反应2～4h，获得钴掺杂于二氧化钼的前驱体；
[0007]将制得的钴掺杂于二氧化钼的前驱体，在惰性气氛中于 550～750℃热处理2～4h，即得钴掺杂二氧化钼电催化剂；
[0008]所述钴源与所述钼源的摩尔比为0.005～0.02。
[0009]优选的，所述钼源为钼酸铵。
[0010]优选的，所述钴源为硝酸钴或氯化钴。
[0011]优选的，所述配位剂为乙二胺，所述钼源与所述配位剂的摩尔比为0.016。
[0012]优选的，所述钴掺杂于二氧化钼的前驱体为直径20～200nm，长度1～10um的纳米棒。
[0013]优选的，所述惰性气体的流速为30mL/min
‑1。
[0014]优选的，所述热处理过程中升温速率为5℃/min。
[0015]优选的，调节pH值时采用1M盐酸。
[0016]本专利技术第二个目的提供一种钴掺杂二氧化钼电催化剂。
[0017]本专利技术第三个目的提供一种钴掺杂二氧化钼电催化剂在电解水产氢中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术提供的催化剂合成简单，是通过钴掺杂，把钴元素均匀分布在二氧化钼纳米线中，然后在惰性气氛中热解而制得，其中，在制备过程中，先制备的催化剂前驱体(Co
‑
doped
‑
Mo3O
10
)的直径在20
‑
200nm范围内，其长度为1～10um，进一步限定了催化剂的纳米棒形状尺寸。
[0020]本专利技术制得的电解催化剂包括一维结构的二氧化钼和钴，钴元素掺杂于二氧化钼的晶格中，在二氧化钼在金属钴的掺杂下，能够有效提高MoO2电催化剂的析氢活性。
附图说明
[0021]图1为实施例1～3提供的钴掺杂于二氧化钼的前驱体(Co
‑ꢀ
doped
‑
Mo3O
10
)的SEM图像；
[0022]其中，图1a实施例1提供的纯二氧化钼的前驱体(Mo3O
10
)的 SEM图像；
[0023]图1b实施例1提供的钴掺杂于二氧化钼的前驱体(Co
‑
doped
‑ꢀ
Mo3O
10
)的SEM图像；
[0024]图1c实施例2提供的钴掺杂于二氧化钼的前驱体(Co
‑
doped
‑ꢀ
Mo3O
10
)的SEM图像；
[0025]图1d实施例3提供的钴掺杂于二氧化钼的前驱体(Co
‑
doped
‑ꢀ
Mo3O
10
)的SEM图像。
[0026]图2为实施例1～3提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
x，x＝0.005/0.01/0.02)的SEM图像；
[0027]其中，图2a实施例1提供的纯二氧化钼(MoO2)的SEM图像；
[0028]图2b实施例1提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.005)的SEM图像；
[0029]图2c实施例2提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.01)的SEM图像；
[0030]图2d实施例3提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.02)的SEM图像。
[0031]图3为实施例3提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.02)的电镜图像；
[0032]其中，
[0033]图3a实施例3提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.02)的局部SEM图像；
[0034]图3b实施例3提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.02)的单根放大SEM图像；
[0035]图3c实施例3提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.02)产生缺陷的TEM图像；
[0036]图3d实施例3提供的钴掺杂二氧化钼电催化剂(Co
‑
MoO2‑ꢀ
0.02)的晶格距离的TEM图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将钼源分散于水溶剂后，依次加入配位剂、钴源，混合均匀后，调节反应溶液pH值为4～5，并于45～55℃反应2～4h，获得钴掺杂于二氧化钼的前驱体；将制得的钴掺杂于二氧化钼的前驱体，在惰性气氛中于550～650℃热处理2～4h，即得钴掺杂二氧化钼电催化剂；所述钴源与所述钼源的摩尔比为0.005～0.02。2.根据权利要求1所述的钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法，其特征在于，所述钼源为钼酸铵。3.根据权利要求1所述的钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法，其特征在于，所述钴源为硝酸钴或氯化钴。4.根据权利要求1所述的钴掺杂二氧化钼电催化剂的制备方法，其特征在于，所述配位剂为乙二胺，所述钼源与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓辉，李海龙，李宏，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：