一种磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110433846A(43)申请公布日2019.11.12(21)申请号201910779501.7(22)申请日2019.08.22(71)申请人浙江工业大学地址310006浙江省杭州市下城区朝晖六区潮王路18号(72)发明人钟兴李随勤王建国(74)专利代理机构杭州浙科专利事务所(普通合伙)33213代理人周红芳(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J35/10(2006.01)C25B11/06(2006.01)C25B1/04(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及一种磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂及其制备方法和应用，属于电催化技术领域。所述制备方法以钴金属盐和尿素为原料，水为溶剂，碳布为基底，通过水热法在碳布基底表面原位生长氢氧化钴纳米线前驱体阵列；再置于氨气气氛中，高温煅烧，最后置于有磷源的管式炉内煅烧掺磷，最终得到磷掺杂氮化钴纳米线催化剂。本发明所得的催化剂由于其材料是原位生长的纳米线形貌，纳米线结构具有较大的表面积，而碳布作为基底又具有良好的导电性，因此，在电催化析氧反应和电催化析氢反应中具有优越的性能；同时，该工艺操作简单，催化剂为非贵金属、制备成本低、稳定性高，在析氧反应和析氢反应中具有很好的应用前景。CN110433846ACN110433846A权利要求书1/1页1.一种磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂，其特征在于以碳布为基底，碳布基底表面原位生长氢氧化钴纳米线前驱体阵列，高温煅烧后得氮化钴，并在氮化钴表面掺杂磷元素，形成磷掺杂氮化钴化合物，得到磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂。2.一种根据权利要求1所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)将非贵金属钴盐溶于蒸馏水中，再加入尿素溶解完全得到A溶液，将A溶液超声分散30分钟备用；2)将步骤1)中的A溶液和预处理好的碳布加入水热釜中，于90-180℃下进行水热反应5-24小时，反应结束后冷却至室温，取出碳布分别用蒸馏水和乙醇洗涤，再在60℃下真空干燥，得到碳布基底表面原位生长的氢氧化钴前驱体催化剂，记为Co(OH)2/CC，其中CC表示碳布；3)将步骤2)得到的氢氧化钴前驱体催化剂置于管式炉内，在氨气气氛下焙烧，焙烧温度为200-700℃，焙烧时间为0.5-5小时，得到氮化钴催化剂，记为CoN/CC；4)将步骤3)中得到的氮化钴催化剂置于管式炉内，非金属磷原料加入到管式炉内并置于氮化钴催化剂的上游，在通入高纯气体的气氛下焙烧，焙烧温度为200-600℃，焙烧时间为0.5-5小时，反应结束后即得到磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂，记为P-CoN/CC。3.根据权利要求2所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂的制备方法，其特征在于步骤1)中的非贵金属钴盐为六水合氯化钴、六水合硝酸钴、乙酰丙酮钴或硫酸钴，优选为氯化钴；非贵金属钴盐和尿素的投料摩尔比为1：4-6，优选为1:5，非贵金属钴盐溶于蒸馏水的浓度为25-50mmol/L。4.根据权利要求2所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂的制备方法，其特征在于步骤2)中的水热温度为100-160℃，水热时间为8-16小时。5.根据权利要求2所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂的制备方法，其特征在于步骤2)中A溶液中的非贵金属钴元素加入的量为碳布质量的1-15wt％；碳布的预处理过程如下：将碳布分别在硝酸、丙酮、无水乙醇、去离子水中超声25-35分钟，去除碳布基底表面的杂质，碳布取出后用去离子水洗净，在55-60℃下真空干燥。6.根据权利要求2所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂的制备方法，其特征在于步骤3)中的焙烧温度为300-600℃，焙烧时间为1-3小时。7.根据权利要求2所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂的制备方法，其特征在于步骤4)中的非金属磷原料为次磷酸钠、磷酸钠、次磷酸钾或磷酸二氢钾，优选为次磷酸钠；磷元素加入的量为碳布质量的10-50wt％；高纯气体为纯度>99％的氦气、氩气或氮气，焙烧温度为200-400℃，焙烧时间为1-2小时。8.根据权利要求2所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂的制备方法，其特征在于步骤4)中磷原料位于氮化钴催化剂的上游，在高温下，磷会分解掺入到氮化钴中。9.一种根据权利要求1所述的磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂在全分解水反应中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于将磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂作为工作电极，在碱性溶液中，采用三电极装置，以碳棒为对电极，Ag/AgCl为参比电极，用于测试析氧反应和析氢反应。2CN110433846A说明书1/6页一种磷掺杂氮化钴纳米线电催化剂及其制备方法和应用技术