CN107245727B - 一种多孔磷化钴纳米线催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔磷化钴纳米线催化剂的制备方法。该方法包括以下步骤：以尿素为沉淀剂，七水合硫酸钴为钴源，丙三醇和去离子水为溶剂，配制成溶液。将溶液加入到高压反应釜中进行水热反应，充分反应后进行抽滤洗涤，真空干燥，得到线状碱式碳酸钴。在管式炉中，将线状碱式碳酸钴在一定温度下进行空烧，得到四氧化三钴。以次磷酸钠为磷源，将四氧化三钴前驱体和次磷酸钠按一定比例置于同一瓷舟的两端，将磷源放置在气流上游，在惰性气氛下置于管式炉中低温煅烧，实现多孔磷化钴纳米线催化剂的制备。本发明的优点：生产工艺简单，成本低廉，能有效地提高催化剂的电化学活性及稳定性，用途广泛。

Description

一种多孔磷化钴纳米线催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多孔磷化钴（CoP）纳米线催化剂的制备方法。
背景技术
随着人口数量急剧增加，社会经济快速发展，能源的需求十分紧张。然而，传统化石能源在使用过程中资源利用效率低并产生大量有害气体，因此，新型清洁能源的开发与利用不可或缺，而具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点的二次能源——氢能，被认为是21世纪最有前途的能源之一而备受关注。
电解水在氢能源中起关键作用，最早的电解水现象始于1789年Van Trostwijk 和Deiman做的瞬态放电实验，随后Volta进一步的研究观察，最终于1800年， Nicholosn andCarlisle研究并发现电可以分解水的现象。然而，电解水过程中，阳极和阴极分别同时生成H2和O2，并在两电极表面发生极化作用,需要非常高的电位来电解水，电解水发展受到阻碍。寻找一种稳定的，高活性的电解水催化剂被广泛认为是解决这一难题的关键。迄今为止，贵金属铂（Pt）和钌、铱氧化物 （如RuO2和IrO2）被认为是活性最好的HER和OER催化剂，但由于其资源稀缺，成本高等缺点大大的阻碍了大规模生产。目前，许多研究学者已致力于开发具有低过电位，高活性，低成本，及稳定性好的催化剂来应对这一挑战。
Co，Ni等过渡金属成本低，储量高，稳定性好，催化性能高，成为研究电解水的重点。本发明以四氧化三钴为前驱体，经过磷化后合成多孔磷化钴纳米线。通过阴离子交换的方法，使多孔磷化钴纳米线产生了更多的缺陷位点，增加了电化学活性面积，从而使催化剂的电化学活性得到大大提高，并且其1D纳米结构有利于析出气体的排出，材料的稳定性得到显著增强。
发明内容
本发明为磷化钴催化剂探索了一种新的方法，生产工艺简单，成本低廉，能有效地提高催化剂的电化学活性及稳定性，用途广泛。
本发明采用的技术方案如下：一种多孔磷化钴纳米线催化剂的制备方法，其特征在于主要工艺步骤如下：
（1）线状碱式碳酸钴的合成；以尿素为沉淀剂，七水合硫酸钴为钴源，丙三醇和去离子水为溶剂，配制成溶液；将溶液加入到高压反应釜中，进行水热反应，充分反应后进行抽滤洗涤，真空干燥，得到线状碱式碳酸钴；
（2）四氧化三钴前驱体的合成；在管式炉中，将线状碱式碳酸钴在一定温度下进行空烧，得到四氧化三钴前驱体；
（3）多孔磷化钴纳米线催化剂的合成；以次磷酸钠为磷源，将四氧化三钴前驱体和次磷酸钠按一定比例置于同一瓷舟的两端，将磷源放置在气流上游，在惰性气氛下置于管式炉中低温煅烧，实现多孔磷化钴纳米线催化剂的制备。
本发明的优点：生产工艺简单，成本低廉，能有效地提高催化剂的电化学活性及稳定性，用途广泛。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明具体实施制备工艺得到产物磷化钴的X射线衍射图。
图3是本发明具体实施制备工艺得到产物磷化钴的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明，但需要说明的是实施例并不构成对本发明要求保护范围的限定。
实施例1
1．线状碱式碳酸钴的合成；
用电子天平准确称量0.2g尿素、1.124g七水合硫酸钴，将它们加入到含有33ml去离子水的烧杯中，搅拌至固体完全溶解，加入7ml丙三醇，常温搅拌30min，形成溶液。将所得溶液转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，在170℃加热反应24h，得到沉淀物，过滤并分别用去离子和无水乙醇洗去可溶物。在60℃下干燥，取出产物进行研磨，得到线状碱式碳酸钴。
2．四氧化三钴前驱体的合成；
将上述所得样品置于管式炉中，空气气氛下以2℃/min的升温速率加热至400℃煅烧2h，待冷却至室温，取出产物，即得到四氧化三钴前驱体。
3．多孔磷化钴纳米线催化剂的合成；
次磷酸钠为磷源，四氧化三钴为钴源，以次磷酸钠：四氧化三钴为1：5的摩尔比称量一定样品，分别置于同一瓷舟的两端，将磷源放置在气流上游，在管式炉中，氮气气氛下以2℃/min的升温速率加热至350℃煅烧2h，待冷却至室温，取出产物，即得到多孔磷化钴纳米线催化剂。
实施例2
1．线状碱式碳酸钴的合成；
用电子天平准确称量0.2g尿素、1.124g七水合硫酸钴，将它们加入到含有33ml去离子水的烧杯中，搅拌至固体完全溶解，加入7ml丙三醇，常温搅拌30min，形成溶液。将所得溶液转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，在170℃加热反应24h，得到沉淀物，过滤并分别用去离子和无水乙醇洗去可溶物。在60℃下干燥，取出产物进行研磨，得到线状碱式碳酸钴。
2．四氧化三钴前驱体的合成；
将上述所得样品置于管式炉中，空气气氛下以2℃/min的升温速率加热至400℃煅烧2h，待冷却至室温，取出产物，即得到四氧化三钴前驱体。
3．多孔磷化钴纳米线催化剂的合成；
次磷酸钠为磷源，四氧化三钴为钴源，以次磷酸钠：四氧化三钴为1：5的摩尔比称量一定样品，分别置于同一瓷舟的两端，将磷源放置在气流上游，在管式炉中，氮气气氛下以2℃/min的升温速率加热至300℃煅烧2h，待冷却至室温，取出产物，即得到多孔磷化钴纳米线催化剂。
实施例3
1．线状碱式碳酸钴的合成；
用电子天平准确称量0.2g尿素、1.124g七水合硫酸钴，将它们加入到含有33ml去离子水的烧杯中，搅拌至固体完全溶解，加入7ml丙三醇，常温搅拌30min，形成溶液。将所得溶液转移至聚四氟乙烯高压反应釜中，在170℃加热反应24h，得到沉淀物，过滤并分别用去离子和无水乙醇洗去可溶物。在60℃下干燥，取出产物进行研磨，得到线状碱式碳酸钴。
2．四氧化三钴前驱体的合成；
将上述所得样品置于管式炉中，空气气氛下以2℃/min的升温速率加热至400℃煅烧2h，待冷却至室温，取出产物，即得到四氧化三钴前驱体。
3．多孔磷化钴纳米线催化剂的合成；
次磷酸钠为磷源，四氧化三钴为钴源，以次磷酸钠：四氧化三钴为1：5的摩尔比称量一定样品，分别置于同一瓷舟的两端，将磷源放置在气流上游，在管式炉中，氮气气氛下以2℃/min的升温速率加热至250℃煅烧2h，待冷却至室温，取出产物，即得到多孔磷化钴纳米线催化剂。

Claims (1)

1.一种多孔磷化钴纳米线催化剂的制备方法，以四氧化三钴为前躯体，经过磷化后合成多孔磷化钴纳米线，通过阴离子交换的方法，使得多孔磷化钴纳米线产生更多的缺陷位点，增加了电化学活性面积，使得催化剂的电化学活性得到大大提高，并且其1D 纳米结构有利于气体的排出，材料的稳定性得到显著增强；其特征在于主要工艺步骤如下：
（1）线状碱式碳酸钴的合成；以尿素为沉淀剂，七水合硫酸钴为钴源，丙三醇和去离子水为溶剂，配制成溶液；将溶液加入到高压反应釜中进行水热反应，充分反应后进行抽滤洗涤，真空干燥，得到线状碱式碳酸钴；
（2）四氧化三钴前驱体的合成；在管式炉中，将线状碱式碳酸钴在一定温度下进行空烧，得到四氧化三钴；
（3）多孔磷化钴纳米线催化剂的合成；以次磷酸钠为磷源，将四氧化三钴前驱体和次磷酸钠按一定比例置于同一瓷舟的两端，将磷源放置在气流上游，在惰性气氛下置于管式炉中低温煅烧，实现多孔磷化钴纳米线催化剂的制备。
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