[发明专利]负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴催化剂及其制备方法、作为电解水析氧催化剂的应用

说明书

本发明涉及一种负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴及其制备方法、作为电解水析氧催化剂的应用。其中制备方法包括以下步骤：（1）将泡沫镍放置于有机清洗剂中超声清洗除去其表面的油污，再将泡沫镍置于稀酸溶液中超声清洗泡沫镍表面杂质；（2）将硝酸钴，硫代乙酰胺溶于混合溶剂中，搅拌至溶解，得到催化剂前驱体溶液；（3）将催化剂前驱体溶液转入放有处理泡沫镍的反应釜中，水热反应后，得到负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴。该海胆状硫化钴催化剂的催化析氧性能优异，可应用于催化电解水电极材料，且该催化剂制备成本低，操作工艺简单，催化稳定性好。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴及其制备方法、作为电解水析氧催化剂的应用。

背景技术

煤炭、石油、天然气等化石能源支撑了近现代人类文明的进步和经济社会的发展。然而，由于化石能源的不可再生性和人类对化石能源的巨大消耗，化石能源面临枯竭的危机而且也伴随着严重的环境问题。以化石能源为主的能源结构，具有明显的不可持续性。有限的化石能源存储迫使人类寻求可再生且环境友好型的新能源。目前大规模间歇能量的转化、储存与利用都需要高效清洁方法解决，而电解水制氢则为以上问题提供了一种可行有效的解决方法，但在电解水制氢中，过高的阳极析氧过电位需要消耗较高的电能，使得能量转化效率低。贵金属阳极作为电解水析氧催化电极材料，兼具良好的活性和稳定性，但因价格昂贵且稀缺，不利于大量生产。传统的碱性电解水阳极催化剂非贵金属钴化合物表现优良的催化活性且价格便宜，得到了广泛的研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴及其制备方法、作为电解水析氧催化剂的应用，以泡沫镍为基底骨架，通过水热反应将海胆状硫化钴均匀负载在泡沫镍表面，暴露出更多的活性表面，其内阻的降低提升了催化剂的导电性，整体提高了非贵金属钴化合物的催化性能。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)载体泡沫镍的预处理：将泡沫镍切片并清洗干净；

(2)催化剂前驱体溶液的制备：将硝酸钴和硫代乙酰胺溶于溶剂中，搅拌至溶解，得到催化剂前驱体溶液；

(3)负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴催化剂的制备：将催化剂前驱体溶液转入放有载体泡沫镍的反应釜中，水热反应后，得到负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴催化剂。

按上述方案，步骤(1)载体泡沫镍的预处理具体为：将泡沫镍切片，置于有机清洗剂中超声清洗除去其表面油污，再将泡沫镍置于稀酸溶液中超声清洗其表面杂质。其中，所述有机清洗剂优选为丙酮或者无水乙醇等，超声清洗的时间优选为5-15min；所述稀酸溶液优选浓度为2-4mol·L^-1，如稀盐酸等，超声清洗的时间优选为5-15min。

按上述方案，所述硝酸钴为六水合硝酸钴，六水合硝酸钴和硫代乙酰胺的质量比为1:3到3:1，优选质量比为3:2。

按上述方案，步骤(2)所述溶剂为水、醇或者混合溶剂。其中，混合溶剂优选由蒸馏水和与水互溶的醇按任意比例混合而成；进一步优选地，所述混合溶剂中蒸馏水、与水互溶的醇的体积比最优选1:1。

按上述方案，步骤(3)所述的水热反应条件为反应温度120-180℃，反应时间2-6h；最优选反应温度150℃，反应时间4h。

上述制备方法所得负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴，其中海胆状硫化钴均匀负载在泡沫镍骨架上，且海胆球体的平均半径为2-4μm左右，海胆状球体包含许多从中心出发向外生长的纳米线。

本发明的另一目的在于提供负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴作为电解水析氧催化剂的应用，可应用于锂电池、电解水产氢催化电极材料、超级电容器等电极材料。