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
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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