[发明专利]一种硫化钴锰电催化剂的制备方法及产物

说明书

本发明涉及一种硫化钴锰电催化剂及制备方法，包括以下步骤：i、称取钴盐、锰盐和尿素，并将称取的钴盐、锰盐和尿素溶于水中，搅拌获得混合均匀的溶液；ii、将所述溶液与载体一同置于反应釜中进行水热反应，得到担载型碳酸钴锰；iii、将担载型碳酸钴锰置于含硫化剂的水溶液中进行硫化反应，即得到担载型硫化钴锰。本发明具有以下优点：1、所采用的原料廉价易得，制备方法简单，操作过程简便，成本低昂；在金属钴中引入锰元素，制备了钴锰二元硫化物，同时结合碳纸、碳布、泡沫镍、泡沫铜、钛网或不锈钢网作基底，直接形成催化剂电极二合一结构，测试方便，硫化钴锰与基底的协同作用赋予了催化剂优异的电化学催化析氢或析氧性能等。

技术领域

本发明涉及化工领域，具体涉及一种硫化钴锰电催化剂的制备方法及产物。

背景技术

在解决能源和环境问题的道路上，电解水制氢是一种高效清洁的技术选择，它具有转化效率高、工艺简单、无污染、制得的氢气纯度高等优点。水电解需要的理论电压为1.23V，但实际操作中的电压却基本高达1.8~2.0V，这与阴阳极活化过电位过大密切相关，因此开发高效稳定的阴阳极电催化剂成为水电解领域研究的热点与重点。研究表明，Pt族金属具有最优的析氢活性，铱化合物和钌化合物则具有最优的析氧活性，然这些贵金属催化剂价格高昂，严重限制了水电解制氢的大规模应用，因此，基于铁、钴、镍等过渡金属的低成本、高活性析氢及析氧催化剂的开发获得广泛关注。其中，钴基化合物表现出优异的水电解催化活性，包括钴-氮-碳复合物、钴氧化物（氢氧化物）、钴硫化物、钴硒化物、钴磷化物、钴磷酸盐等。例如，将钴硫化物沉积在导电基底上可以制得形貌可控、性能优异的碱性析氢催化剂。另外，镍、铁、锰等金属的引入能够制得本征催化活性更高的钴基二元或三元金属硫化物。已有研究发现，钴锰氢氧化物的电化学催化性能较为突出，由此，钴锰硫化物亦被开发应用于水电解领域。

尽管表现优异，但以钴锰硫化物作析氢或析氧催化剂的研究还相对较少，并且形貌多以无规则的纳米粒子为主。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种用于获得规则纳米针状、纳米片状、纳米尺状或纳米花状钴锰硫化物以提高其催化电化学析氢或析氧反应活性的硫化钴锰电催化剂及制备方法。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（一）是：一种硫化钴锰电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

i、称取钴盐、锰盐和尿素，并将称取的钴盐、锰盐和尿素溶于水中，搅拌获得混合均匀的溶液；

ii、将所述溶液与载体一同置于反应釜中进行水热反应，得到担载型碳酸钴锰；

iii、将担载型碳酸钴锰置于含硫化剂的水溶液中进行硫化反应，即得到担载型硫化钴锰。

进一步优选的是：所述钴盐的浓度为0.05~0.2 mol/L，钴盐与锰盐的摩尔比为1:5~5:1，尿素与前述金属盐总的摩尔比为1:1~3:1。

进一步优选的是：所述钴盐为硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴或氯化钴；所述锰盐为硝酸锰、醋酸锰、硫酸锰或氯化锰。

进一步优选的是：所述载体为碳纸、碳布、泡沫镍、泡沫铜、钛网或不锈钢网。

进一步优选的是：所述水热反应的温度为80~200℃，反应时间为1~24h。

进一步优选的是：所述硫化剂为硫化钠、硫化铵、硫脲或硫代乙酰胺中的一种，硫化剂在水溶液中的浓度为0.1~0.3 mol/L。

进一步优选的是：所述硫化反应温度为20~180℃，反应时间为0.5~12h。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（二）是：一种硫化钴锰电催化剂，是通过上述制备方法制得。

本发明中硫化钴锰电催化剂的制备方法及产物具有以下优点：

1、所采用的原料廉价易得，制备方法简单，操作过程简便，成本低昂。