[发明专利]一种钴铁硒化物、其制备方法及应用

说明书

本发明属于新能源材料与电化学能量转换器件领域，更具体地，涉及一种钴铁硒化物、其制备方法及应用。本发明采用两步水热法制备钴铁硒化物，首先采用第一步水热反应制备出具有均匀且致密纳米片形貌的钴铁碱式碳酸盐前驱体，再经过第二步水热处理，在保持均匀且致密纳米片形貌不被破坏的前提下将前驱体硒化，制备方法简单、安全高效且可控。其用作产氧催化剂时，由于该钴铁硒化物具有尖晶石的结构，且其硒化后为较薄的纳米片，故暴露出更多的催化活性位点，具有很高的催化活性，该催化剂开启电压小，过电压在10mA cm‑2处为217毫伏，具有较低的塔菲尔斜率和良好的催化稳定性等电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源材料与电化学能量转换器件领域，更具体地，涉及一种钴铁硒化物、其制备方法及应用。

背景技术

水系电解液催化剂具有价格便宜、电解迅速、效率高、稳定性高、安全系数高和环保无污染等特点。这种水系电解液的催化剂在环境保护，催化产业和新能源产业等领域有广阔的应用前景。

水系电解液催化剂的催化机理主要是以界面发生的氧化还原反应为基础来进行电荷、离子的传输从而电解水产生氧气。在传统电解水产业中，主要应用二氧化铱，二氧化钌等贵金属催化剂，但是由于其价格过于昂贵，效率也并不高，使得大规模工业化电解水产业受到了严重阻碍，同时使得氢能等相关新能源产业受到了严重的技术限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钴铁硒化物、其制备方法和应用，其充分结合水系电解液产氧催化剂的特点和需求，针对性地对产氧催化剂的制备进行重新设计，并对关键原料种类的选择、配比和工艺参数进行选择和优化，相应地获得了一种催化活性大幅提高的钴铁硒化物产氧催化剂，由此解决现有技术的商业贵金属产氧催化剂在价格上的劣势及催化活性、稳定性等电催化特性不理想的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钴铁硒化物的制备方法，包括如下步骤：

(1)将可溶钴盐、可溶铁盐、可溶铵盐和含碳沉淀剂的混合水溶液与导电基底共同置于水热反应器中进行水热反应，获得纳米片状的钴铁碱式碳酸盐前驱体；其中所述混合水溶液中可溶钴盐、可溶铁盐、可溶铵盐和含碳沉淀剂的摩尔比1:1.5：(1～20)：(10～50)，所述可溶铵盐的浓度为0.01～0.3mol/L；

(2)将硒粉、碱、还原剂以及有机溶剂的混合溶液与步骤(1)所述纳米片状的钴铁碱式碳酸盐前驱体共同置于水热反应器中进行水热硒化反应，反应结束后，干燥，获得钴铁硒化物；其中所述碱用于保持反应过程中反应体系的pH为碱性，所述还原剂用于还原硒粉，所述有机溶剂用于保持反应过程中所述钴铁硒化物的纳米片形貌。

优选地，步骤(1)所述导电基底为导电金属基底。

优选地，所述导电基底为泡沫镍。

优选地，所述含碳沉淀剂为尿素。

优选地，步骤(1)所述水热反应的温度为120～160℃，时间为12～16h。

优选地，步骤(2)所述还原剂为水合肼，所述混合溶液中水合肼体积浓度为0.14～10％。

优选地，所述混合溶液中水合肼体积浓度为0.28％。

优选地，步骤(2)所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺。

优选地，步骤(1)所述可溶钴盐、可溶铁盐与步骤(2)所述硒粉的摩尔比为1:1.5:1～10。

优选地，步骤(1)所述可溶钴盐、可溶铁盐与步骤(2)所述硒粉的摩尔比为1:1.5:3.75。

优选地，步骤(2)所述水热硒化反应的温度为180～200℃，时间为1～6h。