[发明专利]一种钴钼共掺杂多孔纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明属于过渡金属催化剂技术领域，提供了一种钴钼共掺杂多孔纳米线及其制备方法和应用。该方法包含下列步骤：将聚苯乙烯、乙酰丙酮钼、氯化锌和N,N‑二甲基酰胺混合，进行静电纺丝，得到锌，钼共掺杂的纤维薄膜；将锌，钼共掺杂的纤维薄膜进行酸化得到磺化的纤维薄膜；将磺化的纤维薄膜、吡咯的乙醇溶液、硝酸钴溶液和硫代硫酸铵混合，进行聚合反应得到锌，钴，钼共掺杂的聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米线；最后将其进行炭化，得到钴钼共掺杂多孔纳米线。本发明各工序设计合理，原料成本较低，适于大规模生产。通过本发明制备方法得到的钴钼共掺杂多孔纳米线具有优异的析氢性能，在1.0mol/L的氢氧化钾溶液中析氢过电位达到85mV。

技术领域

本发明涉及过渡金属催化剂技术领域，尤其涉及一种钴钼共掺杂多孔纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济、社会的发展，人们对于能源的需求越来越大，然而，不可再生的化石燃料日渐枯竭，同时化石燃料带来的环境污染问题也日益严重。可再生、清洁环保和能量利用率高的新型氢能源逐步走入人们的生产和生活。其中，电解水制氢由于能耗低、氢气纯度高和易于规模化应用而成为下一代能源生产的新趋势。目前，性能最优的电解水制氢电极材料是铂或铂基纳米材料，但其储量有限、价格昂贵，极大限制了该技术的工业化生产。此外，现阶段开发的过渡金属催化剂存在稳定性差、析氢性能低、催化剂活性面积低、催化剂负载量高等不足。因此，开发一种价格低廉、活性高、稳定性优异和低负载量的过渡金属催化剂，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种钴钼共掺杂多孔纳米线及其制备方法和应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钴钼共掺杂多孔纳米线的制备方法，包含下列步骤：

(1)将聚苯乙烯、乙酰丙酮钼、氯化锌和N,N-二甲基酰胺混合，进行静电纺丝，得到锌，钼共掺杂的纤维薄膜；

(2)将锌，钼共掺杂的纤维薄膜进行酸化得到磺化的纤维薄膜；

(3)将磺化的纤维薄膜、吡咯的乙醇溶液、硝酸钴溶液和硫代硫酸铵混合，进行聚合反应得到锌，钴，钼共掺杂的聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米线；

(4)将锌，钴，钼共掺杂的聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米线进行炭化，得到所述的钴钼共掺杂多孔纳米线。

作为优选，步骤(1)所述聚苯乙烯、乙酰丙酮钼、氯化锌和N,N-二甲基酰胺的质量体积比为1.0～1.2g：0.05～0.25g：0.1～0.3g：8～12mL。

作为优选，步骤(1)所述静电纺丝的电压为12～20kV，纺丝距离为10～20cm，滚轴转速为350～450r/min。

作为优选，步骤(2)所述酸化的硫酸溶液质量分数为97～99％，所述锌，钼共掺杂的纤维薄膜与硫酸溶液的质量体积比为1g：95～105mL；

所述酸化的温度为20～30℃，所述酸化的时间为2.5～3.5h。

作为优选，步骤(3)所述吡咯的乙醇溶液的质量浓度为0.4～0.6g/L，所述硝酸钴溶液的浓度为0.1～0.3mmol/L。

作为优选，步骤(3)所述吡咯的乙醇溶液、硝酸钴溶液与步骤(1)所述聚苯乙烯的体积质量比为180～220mL：40～60mL：1.0～1.2g，所述硫代硫酸铵与吡咯的摩尔比为0.8～1.2：0.8～1.2。

作为优选，步骤(3)所述聚合反应的温度为3～7℃，时间为22～26h。

作为优选，步骤(4)所述炭化的升温速率为2～4℃/min，目标温度为850～950℃，到达目标温度后的保温时间为1.5～2.5h。

本发明还提供了所述制备方法得到的钴钼共掺杂多孔纳米线。