一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法，属于新一代能源存储与催化领域。本发明专利技术通过含钴前驱体的制备即一步溶剂热法、二硒化钴的制备即化学气相沉积法和二硒化钴/羟基氧化铁异质结界面复合材料的制备即水浴沉积法制得纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术制备具有花瓣状几何结构的二硒化钴和羟基氧化铁界面的复合材料在驱动电解水阳极端催化过程中表现出优异的电催化活性与良好的稳定性，适于推广与应用。适于推广与应用。适于推广与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于新一代能源存储与催化
，具体涉及一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]氢气被认为是下一代最有前景的能源载体，然而在地球上，其极少以自由分子形式存在，因此需要人工技术来高效制备氢气。电解水阳极端的氧气析出反应(OER)因涉及多电子转移步骤、理论电势高、动力学缓慢等因素，已成为电解水制氢应用的瓶颈，而通过引入催化剂，能够有效降低OER的反应势垒并加速其反应动力学的进行。因此开发高效电解水阳极端催化剂成为当下氢能研究领域亟待解决的重要问题。
[0003]过渡金属硒化物，具有强金属特性，且钴基硒化物具有较高的OER本征催化活性，被视作贵金属基催化剂有效替代材料，然而现阶段硒化钴单一组分结构的催化活性已缺乏足够提升空间。另一方面，同为3d过渡族金属的Fe，其羟基氧化物(FeOOH)具有高TOF转换值，但其对OER过程含氧中间体表现出较强的吸附能力，不利于产物的快速脱附，反而限制其催化活性的发挥。
[0004]因此，如何提供一种电催化活性强、稳定性好的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种二硒化钴/羟基氧化铁复合材料具有规则的纳米花瓣状立体结构；
>[0008]一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法，步骤如下：
[0009]S1：含钴前驱体的制备：
[0010]先将异丙醇和1，3
‑
丙二醇按体积比8:1
‑
2:1混匀，得溶剂；将钴盐溶于溶剂中，得钴盐溶液；
[0011]再将钴盐溶液置于密封容器中，在150
‑
180℃下反应，结束后经纯化，得含钴前驱体粉末；
[0012]S2：二硒化钴的制备：
[0013]将含钴前驱体粉末与单质硒粉混匀，在惰性气体保护条件下，加热至300
‑
500℃，反应结束后待自然降温，得二硒化钴粉末；
[0014]S3：二硒化钴/羟基氧化铁异质结界面复合材料的制备：
[0015]将二钴化硒粉末和硫酸亚铁分散在去离子水中，并置于25
‑
65℃下持续搅拌反应，反应结束后经纯化得二硒化钴/羟基氧化铁复合材料。
[0016]优选的，反应时间为1小时以上；
[0017]优选的，步骤S1中所述钴盐至少为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴和乙酰丙酮钴中的一种；
[0018]优选的，步骤S3中所述纯化方法为：过滤、干燥；
[0019]优选的，步骤S1中所述异丙醇和1，3
‑
丙二醇按体积比为4：1；
[0020]优选的，钴盐为醋酸钴；
[0021]更优选的，钴盐为四水合醋酸钴；
[0022]优选的，步骤S1中所述钴盐溶液浓度为0.02
‑
0.08mol/L；
[0023]优选的，钴盐浓度0.04mol/L；
[0024]优选的，其特征在于，步骤S1中所述密封容器与钴盐溶液的体积比为(3
‑
2.5)：1；
[0025]优选的，密封容器与钴盐溶液的体积比为1.66；
[0026]优选的，步骤S1中所述反应时间为10
‑
15小时；
[0027]优选的，步骤S1步骤中所述反应温度为160℃，所述反应时间为12小时；
[0028]优选的，步骤S1步骤中所述纯化方法为：通过减压过滤收集，使用洗涤溶剂反复洗涤滤饼，干燥后，含钴前驱体粉末；
[0029]优选的，所述干燥方法为冷冻干燥或真空干燥；
[0030]更优选的，所述真空干燥温度不超过80℃；
[0031]优选的，步骤S1步骤中所述纯化时用的洗涤溶剂至少为甲醇、水、乙醇中的一种；
[0032]优选的，步骤S2步骤中所述惰性气体至少为氩气、氮气中的一种。
[0033]优选的，惰性气体为氩气；
[0034]优选的，步骤S2步骤中所述含钴前驱体粉末与单质硒粉末的质量比为1:2
‑
1:10；
[0035]优选的，含钴前驱体粉末与单质硒粉末的质量比为1：5；
[0036]步骤S2中所述反应时间为2
‑
5小时；
[0037]优选的，步骤S2步骤中所述反应温度为350℃，所述反应时间为3小时；
[0038]优选的，步骤S2步骤中所述升温程序为2
‑
5℃/min；
[0039]更优选的，步骤S2步骤中所述升温程序为3℃/min；
[0040]优选的，步骤S3步骤中所述反应时间为10
‑
200min；
[0041]更优选的，步骤S3中所述反应温度为50℃，所述反应时间为30min；
[0042]优选的，步骤S3中所述二硒化钴与七水合硫酸亚铁的质量比为10:1
‑
1:1，所述硫酸亚铁的浓度为0.1
‑
1.0mg/ml；
[0043]所述纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁材料在电催化水分解阳极端中的应用。
[0044]综上所述，本专利技术公开了一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法；通过构筑包含硒化钴与羟基氧化铁二者的复合结构，并进一步优化其微观形貌，以制备出高电解水催化性能的纳米复合材料；在此过程中，引入FeOOH对硒化钴表面进行修饰，一方面可改善FeOOH的导电性，另一方面通过界面构筑诱导Fe、Co二者的3d轨道局域电子态的调控，优化其对OER过程中含氧中间体的吸附，从而有效增强复合材料的OER电催化活性。
[0045]与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0046]1)本专利技术采用一步溶剂热法制备初始模板，该方法涉及的制备工艺简单，原材料价格便宜，产物结构均匀、成品率高，且涉及的溶剂可回收反复利用，适合大规模生产。
[0047]2)本专利技术制备的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料兼具两种过渡金属化合物组分，并有效利用二者所形成异质结界面结构，通过界面耦合作用，有助于优化局域电子结构，并协同增强其整体催化活性。
[0048]3)本专利技术制备的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料具有三维开放性的片状规则立体结构，该结构不仅有利于催化剂与电解液的充分接触，还有助于电荷的快速迁移，提升其在电催化水分解过程中的动力学速度。
附图说明
[0049]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硒化钴/羟基氧化铁复合材料，其特征在于，所述二硒化钴/羟基氧化铁复合材料具有规则的纳米花瓣状立体结构。2.一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1：含钴前驱体的制备：先将异丙醇和1,3
‑
丙二醇按体积比8:1
‑
2:1混匀，得溶剂；将钴盐溶于溶剂中，得钴盐溶液；再将钴盐溶液置于密封容器中，在150
‑
180℃下反应，结束后经纯化，得含钴前驱体粉末；S2：二硒化钴的制备：将含钴前驱体粉末与单质硒粉混匀，在惰性气体保护条件下，加热至300
‑
500℃，反应结束后待自然降温，得二硒化钴粉末；S3：二硒化钴/羟基氧化铁异质结界面复合材料的制备：将二钴化硒粉末和硫酸亚铁分散在去离子水中，并置于25
‑
65℃下持续搅拌反应，反应结束后经纯化，得二硒化钴/羟基氧化铁复合材料。3.如权利要求2所述的一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述钴盐至少为硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴和乙酰丙酮钴中的一种。4.如权利要求2所述的一种纳米花瓣状结构的二硒化钴/羟基氧化铁复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述钴盐溶液浓度为0.02
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【专利技术属性】
技术研发人员：黎建刚，席细平，罗成龙，范敏，李琴，詹聪，
申请(专利权)人：江西省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：