一种作为析氧电催化剂的碱式碳酸钴纳米阵列的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碱式碳酸钴纳米阵列的制备方法，包括以下步骤：以清洁的碳布为基底材料，取适量七水硫酸钴和尿素溶解在定量去离子水中形成透明的粉红色溶液；将溶液倒入特氟龙内衬中，放入将处理好的碳布，盖紧盖子后放入水热釜中；将水热釜放置在水热箱中进行水热反应，自然冷却后取出。本发明专利技术制备方法简单，制得的碱式碳酸钴纳米阵列形貌维持较好，作为析氧电催化剂性能良好。电催化剂性能良好。电催化剂性能良好。

【技术实现步骤摘要】
一种作为析氧电催化剂的碱式碳酸钴纳米阵列的制备方法


[0001]本专利技术专利涉及碱式碳酸钴纳米阵列制备的
，具体涉及一种作为析氧电催化剂的碱式碳酸钴纳米阵列的制备方法。

技术介绍

[0002]化石燃料的广泛使用引发了全球能源危机和环境问题，高能量密度的氢气被认为是替代日益枯竭的化石燃料的理想清洁能源载体。作为目前大规模生产氢气的技术，水蒸气
‑
甲烷重整会释放出大量的二氧化碳，对环境不友好。电化学分解水包括阳极析氧反应和阴极析氢反应，为我们提供了一种简单的纯氢气生产技术。目前基于钌和铱的活性最高的析氧电催化剂的稀缺性和高昂的成本促使研究人员设计和开发具有高活性和耐久性的丰富的OER催化剂。
[0003]氢气是由于其高能量密度、环境友好性和丰富的产量而逐渐成为快速递减的传统化石燃料的可持续替代方案。在各种氢气生产方法中，酸或碱性电解质中的电化学水分解(2H2O
→
2H2+O2)提供了一种氢气生产的新途径，特别是当电能可以从太阳能或风能再生源中获得。能够显着减少能量势垒的有效电催化剂对析氢反应进行了至关重要的作用。虽然铂的电催化剂目前被认为是最有效的氢气产生的电催化剂，但其高成本和稀缺性大大阻碍了它们的大规模应用。因此，需要开发出低成本、易制备和高性能的电催化剂，用于大规模氢气生产。
[0004]钴因其对水氧化的催化能力而成为一种制备电催化剂的新型非贵金属，在碱性条件下钴基催化剂受到了极大的关注，这些催化剂包括氧化物、层状双氢氧化物、硫系化合物、氮化物、磷化物等。最近的研究还表明，碱式碳酸钴对水氧化也是有效的，并且其在碳布上制备的纳米线阵列在1M氢氧化钾溶液中达到10mA
·
cm
‑2电流时的过电位仅为351mV，远低于未负载在碳布上时粉末材料的472mV。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种碱式碳酸钴纳米线阵列碱性电催化材料制备方法及其应用，本专利技术采用水热法实现在碳布上生长制备出高质量的碱式碳酸钴纳米线阵列，以该材料为析氢反应和析氧反应的电催化剂，能够大幅度提高电解水生成氢气和氧气的生产效率。在制备过程中此方法操作简单、重复性好、原料易得，产品纯度高、结晶性良好，特别适合批量生产高质量碱性电催化材料。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007](1)碳布首先用丙酮、去离子水、乙醇依次超声清洗15分钟；取1.58g七水硫酸钴和1.57g尿素溶解在75ml去离子水中形成透明的粉红色溶液，将溶液倒入100ml的特氟龙内衬中，然后将处理好的碳布靠壁竖立放置在溶液中，盖紧盖子后放入水热釜中；
[0008](2)将水热釜放置在水热箱中85℃保持2小时，自然冷却后取出；用镊子取出制备好的碳布材料，用去离子水、乙醇依次清洗3次，然后放置在60℃的烘箱中过夜干燥，得到最
终材料。
[0009]本专利技术的有益效果：
[0010]本专利技术以原料易得的七水硫酸钴为钴源，通过简单的水热制备技术，在碳布基底表面生长目标产物碱式碳酸钴，整个生产过程无任何有害添加剂和溶剂的使用。所制得的碱式碳酸钴纳米线阵列直径约为50
‑
200nm，纳米线长度超过10μm。这种碱式碳酸钴纳米线因具有高长径比、高比表面积以及不易发生团聚的特点，不仅有利于目标气体的析出，而且具有良好的表面渗透性，加速了气体的快速传输和扩散，从而获得了良好的析氢和析氧电催化性。本专利技术设置的升温程序可以保证反应安全有序进行，不会导致安全问题和因为剧烈升温导致纳米阵列脱落等，整个反应操作简单，能够实现大规模的工业生产。
附图说明
[0011]图1为碱式碳酸钴纳米线阵列材料的扫描电子显微镜照片(10μm标尺)
[0012]图2为碱式碳酸钴纳米线阵列材料的扫描电子显微镜照片(2μm标尺)
[0013]图3为碱式碳酸钴纳米线阵列材料的X射线衍射谱图
具体实施方式
[0014]实施方案
[0015](1)碳布首先用丙酮、去离子水、乙醇依次超声清洗15分钟；取1.58g七水硫酸钴和1.57g尿素溶解在75ml去离子水中形成透明的粉红色溶液，将溶液倒入100ml的特氟龙内衬中，然后将处理好的碳布靠壁竖立放置在溶液中，盖紧盖子后放入水热釜中；
[0016](2)将水热釜放置在水热箱中85℃保持2小时，自然冷却后取出；用镊子取出制备好的碳布材料，用去离子水、乙醇依次清洗3次，然后放置在60℃的烘箱中过夜干燥，得到最终材料。
[0017]最后应说明的是，以上实施例仅用于本专利技术专利的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述例对本专利技术专利进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使想应得技术方案得本质脱离本专利技术专利实施例技术方案得精神和范围。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱式碳酸钴纳米线阵列材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)碳布首先用丙酮、去离子水、乙醇依次超声清洗15分钟；取1.58g七水硫酸钴和1.57g尿素溶解在75ml去离子水中形成透明的粉红色溶液，将溶液倒入100ml的特氟龙内衬中，然后将处理好的碳布靠壁竖立放置在溶液中，盖紧盖子后放入水热釜中；(2)将水热釜放置在水热箱中85℃保持2小时，自然冷却后取出；用镊子取出制备好的碳布材料，用去离子水、乙醇依次清洗3次，然后放置在60℃的烘箱中过夜干燥，得到最终材料。2.根据权利要求1所述的一种碱式碳酸钴纳米线阵列的制备方法，其特征在于，利用简单的原料在较低温度下进行简单水热，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈衍涛，边振江，李旭，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：