CN107308940A - 一种超薄多孔Co纳米片的制备方法 - Google Patents

一种超薄多孔Co纳米片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超薄多孔Co纳米片的制备方法，该方法先以氯化钴和六氰钴酸钾为前躯体制备氰胶，然后以硼氢化钠为还原剂，采用在水溶液中加热的方法即可将氰胶还原成形状规则、尺寸均一的超薄多孔Co纳米片。本发明制备方法简单、经济，适合工业化大规模生产，且所得超薄多孔Co纳米片具有良好稳定性和水溶性，在碱性氢氧化钾溶液中具有很好的OER催化活性和稳定性，在电化学方面具有很好的应用前景。

Description

一种超薄多孔Co纳米片的制备方法
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种超薄多孔Co纳米片的制备方法，该Co纳米片作为催化剂在碱性条件下对析氧反应展现出较高的催化活性和稳定性。
背景技术
贵金属铂、银、铑、钯、钌等，它们具有很多优点，如耐高温、耐腐蚀、抗氧化等，它们的催化活性都较高，是极为重要的催化剂材料。但是，随着科学技术的不断进步发展，由于贵金属资源十分稀少、价格又昂贵，人们开始对非贵金属或者低含量贵金属催化剂进行大量研究。
目前，钴的应用主要在电池材料、硬质合金、工具钢、磁性材料等方面；而化合物形式的钴主要用作催化剂、试剂、干燥剂、染料和颜料等。值得一提的是，钴纳米片具有大的比表面积、高稳定性，其在碱性条件下具有很好的析氧电催化性能，可节约能源，在电解工业中将具有重要的应用前景。而目前，含钴的纳米片大多通过电化学沉积法得到，方法较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单有效的制备尺寸均一、形貌可控的超薄多孔Co纳米片的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：将氯化钴水溶液与六氰钴酸钾水溶液混合均匀，静置后得到氰胶，然后加入硼氢化钠水溶液，在室温至80℃下搅拌反应1～24小时，离心分离、洗涤、真空干燥，得到超薄多孔Co纳米片。
上述氯化钴水溶液中氯化钴的浓度为0.9～1mol/L，六氰钴酸钾水溶液中六氰钴酸钾的浓度为0.4～0.5mol/L，氯化钴与六氰钴酸钾的摩尔比为1:0.5:350～700。
上述制备方法中，优选将氯化钴水溶液与六氰钴酸钾水溶液混合均匀，在25～40℃下静置6～12小时，得到氰胶。
上述制备方法中，优选氯化钴与硼氢化钠的摩尔比为1:350～700。
上述制备方法中，进一步优选在60～70℃下搅拌反应3～6小时。
本发明的有益效果如下：
1、本发明先以氯化钴和六氰钴酸钾为前躯体制备氰胶，然后以硼氢化钠为还原剂，采用在水溶液中加热的方法还原氰胶，得到超薄多孔Co纳米片。其中硼氢化钠加速了二价钴与三价钴的还原速度，保证了产物的还原速度差距较小，从而得到形状规则、尺寸均一可控的超薄多孔Co纳米片。本发明制备方法简单、经济，适合工业化大规模生产，且所得超薄多孔Co纳米片具有良好稳定性和水溶性，在碱性氢氧化钾溶液中具有很好的OER催化活性和稳定性，在电化学方面具有很好的应用前景。
2、本发明操作简单，产品产量高，纯度高，且均一性好，适合大规模生产。
3、本发明制备的超薄多孔Co纳米片与传统的铱碳催化剂相比，对电压较高时有更好的析氧电催化活性，在电催化应用方面具有巨大的使用潜力。
附图说明
图1是实施例1制备的超薄多孔Co纳米片的TEM图。
图2是实施例1制备的超薄多孔Co纳米片的高分辨图。
图3是实施例1制备的超薄多孔Co纳米片的Co2p的XPS高分辨拟合谱图。
图4是实施例1制备的超薄多孔Co纳米片的孔径分布图。
图5是实施例2制备的超薄多孔Co纳米片的SEM图。
图6是图5的局部放大图。
图7是实施例3制备的超薄多孔Co纳米片的TEM图。
图8是实施例1制备的超薄多孔Co纳米片与商业化铱碳催化剂析氧反应性能的测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
实施例1
将0.5mL 1.0mol/L的氯化钴水溶液、0.5mL 0.5mol/L的六氰钴酸钾水溶液加入5mL烧杯中，混合均匀，在40℃下静置6小时，得到氰胶，然后在搅拌条件下再加入100mL3.5mol/L的硼氢化钠水溶液，其中氯化钴与六氰钴酸钾、硼氢化钠的摩尔比为1:0.5:700，在70℃下搅拌反应4小时，冷却至常温，离心分离、用去离子水洗涤，在真空烘箱中60℃干燥，即得超薄多孔Co纳米片(见图1～3)，纳米片上的孔多为微孔和介孔(见图4)，其比表面积为118.6576m2/g。
实施例2
将1mL 1.0mol/L的氯化钴水溶液、1mL 0.5mol/L的六氰钴酸钾水溶液加入5mL烧杯中，混合均匀，在室温下静置12小时，得到氰胶，然后在搅拌条件下再加入200mL 3.5mol/L的硼氢化钠水溶液，其中氯化钴与六氰钴酸钾、硼氢化钠的摩尔比为1:0.5:700，在室温下搅拌反应24小时，离心分离、用去离子水洗涤，在真空烘箱中60℃干燥，即得超薄多孔Co纳米片(见图5和6)。
实施例3
将0.5mL 1.0mol/L的氯化钴水溶液、0.5mL 0.5mol/L六氰钴酸钾水溶液加入5mL烧杯中，混合均匀，在室温下静置12小时，得到氰胶，然后在搅拌条件下再加入50mL3.5mol/L的硼氢化钠水溶液，其中氯化钴与六氰钴酸钾、硼氢化钠的摩尔比为1:0.5:350，在60℃下搅拌反应6小时，冷却至常温，离心分离、用去离子水洗涤，在真空烘箱中60℃干燥，即得超薄多孔Co纳米片(见图7)。
发明人采用实施例1得到的超薄多孔Co纳米片电催化水产氧，具体方法为：将2mg超薄多孔Co纳米片溶于1mL水中，混合均匀，取所得混合液4μL滴加于铂碳电极上，待干燥后即可用于电化学测试，测试结果见图8。由图8可见，与铱碳(IrC)催化剂相比，本发明制备的超薄多孔Co纳米片对电解水产氧在电压较高时具有很好的电催化活性。

Claims (5)

1.一种超薄多孔Co纳米片的制备方法，其特征在于：将氯化钴水溶液与六氰钴酸钾水溶液混合均匀，静置后得到氰胶，然后加入硼氢化钠水溶液，在室温至80℃下搅拌反应1～24小时，离心分离、洗涤、真空干燥，得到超薄多孔Co纳米片。
2.根据权利要求1所述的超薄多孔Co纳米片的制备方法，其特征在于：所述氯化钴水溶液中氯化钴的浓度为0.9～1mol/L，所述六氰钴酸钾水溶液中六氰钴酸钾的浓度为0.4～0.5mol/L，氯化钴与六氰钴酸钾的摩尔比为1:0.4～0.5。
3.根据权利要求1或2所述的超薄多孔Co纳米片的制备方法，其特征在于：将氯化钴水溶液与六氰钴酸钾水溶液混合均匀，在25～40℃下静置6～12小时，得到氰胶。
4.根据权利要求1所述的超薄多孔Co纳米片的制备方法，其特征在于：所述氯化钴与硼氢化钠的摩尔比为1:350～700。
5.根据权利要求1所述的超薄多孔Co纳米片的制备方法，其特征在于：在60～70℃下搅拌反应3～6小时。
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