一种硫化钴-硫化钼-氮掺杂碳复合电极的制备方法.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CN113355693A(43)申请公布日2021.09.07(21)申请号202110524006.9(22)申请日2021.05.13(71)申请人三峡大学地址443002湖北省宜昌市西陵区大学路8号(72)发明人黄妞张晗杨柳骆禅(74)专利代理机构宜昌市三峡专利事务所42103代理人成钢(51)Int.Cl.C25B11/091(2021.01)C25B11/052(2021.01)C25B1/04(2021.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种硫化钴-硫化钼-氮掺杂碳复合电极的制备方法(57)摘要本发明提供一种硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法。将生长有纳米棒钴钼前驱体阵列的基底，于空气气氛中进行预氧化，再浸泡在氮/碳基质中，干燥后在Ar+S气氛中或N2+S气氛中进行气相硫化，随炉冷却取出即可。本发明方法具有设备要求低、所需原料成本低廉、反应条件易于控制、生产工艺简单、所形成的产品一致性好，环境污染小等优点，对于原位电极的批量生产以及有重大意义。CN113355693ACN113355693A权利要求书1/1页1.硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法，其特征在于，所述的原位电极为硫化钴纳米棒与二硫化钼、氮掺杂碳的复合电极，具体制备方法为：（1）将氯化钴、钼酸钠以及尿素溶于去离子水中，加入碳纸后进行水热反应，得到的产物经冷却后冲洗干燥，获得生长在碳纸上的纳米棒状钴钼前驱体阵列；（2）将生长在碳纸上的纳米棒状钴钼前驱体阵列于空气气氛中预氧化，获得氧化钴钼纳米颗粒；（3）将氮/碳源溶于挥发非水溶剂中，并涂布到氧化钴钼纳米颗粒表面，干燥待用；（4）再将第（3）步样品放在Ar+S气氛中或N2+S气氛中，进行气相硫化，随炉冷却取出即可得到硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极。2.权利要求1所述的硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法，其特征在于，步骤（1）中水热反应过程中反应温度为100‑120℃，反应时间为2‑3h。3.权利要求1所述的硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中预氧化过程的反应温度为400~500℃，反应时间为0.5~1h。4.权利要求1所述的硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述氮/碳源，包括：无水葡萄糖和菲罗啉的混合物、掺N碳量子点、或双氰胺。5.权利要求1所述的硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的挥发非水溶剂为乙醇、或N,N‑二甲基甲酰胺。6.权利要求1所述的硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中气相硫化过程，反应温度为600~700℃，反应时间为1~2h。7.权利要求1‑6任一项所述制备得到的硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极在电催化电解水上的应用。2CN113355693A说明书1/5页一种硫化钴‑硫化钼‑氮掺杂碳复合电极的制备方法技术领域[0001]本发明涉及原位复合电极及其制备，属于能量存储和转换材料与器件领域。背景技术[0002]近年来，在开发低成本、高效性能的电催化剂方面的努力表明，只有少数材料在同一电解介质中对氧气析出反应（OER）和氢气析出反应（HER）具有双功能电催化活性。钴基材料（包括：硫化物、氮化物、磷化物等）因其在电催化分解水方面的突出表现，吸引了大量关注。这些钴基材料不仅含量丰富、成本低，而且往往能在温和的反应条件和适度的过电位下产生氧气。钴硫族化合物储量丰富且性能良好，被认为是一类有前途的OER催化剂。[0003]WangJun等人(J.Wang,IntegratedThree‑DimensionalCarbonPaper/CarbonTubes/Cobalt‑SulfideSheetsasanEfficientElectrodeforOverallWaterSplitting,ACSNano,2016,10,2342‑2348.)以碳纸/碳管/钴硫化合物作为三维阵列电极，首先通过湿化学法获得生长有排列良好ZnO纳米线的碳纸，以聚多巴胺作为碳前体涂覆在纳米线表表面，而后对其进行碳化处理和酸洗，生成定向的三维导电衬底，在含硝酸钴的前驱体溶液中，进行计时安培电沉积，最后对其进行退火处理，获得了生长在碳纸上的具有三维阵列结构的钴硫化合物电极。此催化剂具有良好的电催化析氢性能和析氧性能，当产氢电极通过的电流密度为10mA/cm2时，只需要190mV的过电位，当析氧电极通过的电流密度为10mA/cm2时，只需要306mV(1.536V‑1.23V)的过电位。[0004]另一方面，二硫化钼作为一种典型的过渡金属硫化物，成本低、化学物稳定性好、电催化活性优异等优