一种具有Mott-Schottky异质结构的双功能型催化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，具体涉及一种具有Mott-Schottky异质结构的双功能型催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能作为一种清洁、高效的能源载体，寻求低成本、高效的获取途径十分迫切。电化学分解水制氢是实现清洁能源可持续发展的最佳途径，包含阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）两个半反应过程，但都不可避免的存在高的过电势的难题，从而限制了电解水的效率。采用催化剂是提升电解水效率的有效途径。目前，大多数贵金属基催化剂都在单一催化功能上表现出优秀的电催化性能，如，铂及其合金是良好的HER催化剂，Ir和RuO

在众多的过渡族金属基催化剂中，钴基氧化物的析氧活性好，具有多种形貌结构和可调的电子结构，成为研究者们的重点关注对象。其中碱式碳酸钴也是一种常见的反应前驱体，常用于制备各种氧化物、磷化物、硫化物、硒化物等。最近也有报道称，层状结构的碱式碳酸钴有利于溶液中离子交换，碳酸根的存在使其具有很好的润湿性，用做OER催化剂具有优秀的催化性能和规模化应用的潜力。但碱式碳酸钴作为催化剂，具有导电性差，本征的催化活性有限，对氢的吸附能低等缺点。因此，增强Co(CO

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有Mott-Schottky异质结构的双功能型催化剂及其制备方法和应用，以解决现有电催化剂存在功能单一的问题，还可以提升现有电催化剂的催化活性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有Mott-Schottky异质结构的CoP

所述CoP

根据上述技术手段，通过采用在镀铜的泡沫镍片上负载Co(CO

优选的，所述CoP

优选的，在全解水中通过交换阴极和阳极，使得所述CoP

一种具有Mott-Schottky异质结构的CoP

S1、以铜盐溶液作为电解液，以泡沫镍作为工作电极，并对工作电极施加电压，使得在泡沫镍的表面电镀薄层铜膜，获得Cu/NFs；

S2、将钴盐、尿素、氟化铵和Cu/NFs溶于水中，进行水热反应，使得在Cu/NFs的铜的表面生长Co(CO

S3、将亚次磷酸钠和Co(CO

根据上述技术手段，通过以泡沫镍为导电基底，在其表面电镀均匀铜膜，随后通过水热法使铜与碱式碳酸钴之间形成Mott-Schottky异质结构，有效提高了电荷转移效率，并进一步通过原位磷化形成磷化物，有效降低了氢吸附的自由能，并在碱性介质中转化为相应的磷酸盐物种，参与催化反应促进反应动力学，使得本发明的CoP

优选的，所述S1中，铜盐溶液选自硫酸铜溶液，工作电极选自泡沫镍，对电极选自铂（Pt）电极，参比电极选自银/氯化银（Ag/AgCl）电极。

优选的，所述铜盐溶液的浓度为0.15-0.25mol/L，对工作电极施加的电压为-1V，时间为300~600s。

优选的，所述S1中，具体包括：将1×5 cm

优选的，所述S2中，钴盐选自硝酸钴，硝酸钴、尿素和氟化铵的摩尔比为1:5:2。

优选的，所述S2中，水热反应的温度为120-140℃，时间为10-12h

优选的，所述S2中，具体包括：将摩尔比为1:5:2的硝酸钴（Co(NO

优选的，所述S3中，煅烧的温度为350℃，时间为1-3h，煅烧的升温方式为程序升温，程序升温的升温速率为2°C/min。

优选的，所述S3中，在管式炉中煅烧，亚次磷酸钠位于管式炉中的上游，Co(CO

优选的，所述S3中，具体包括：将0.1mmol的亚次磷酸钠置于瓷舟中放在管式炉的上游，将S2中获得的Co(CO

本发明还提供一种CoP

本发明的有益效果：

本发明的CoP

本发明的CoP

附图说明

图1为实施例1中制得的双功能型催化剂和对照实施例1中制得的复合材料的X射线衍射(XRD)图；

图2为实施例1中制得的双功能型催化剂和对照实施例1中制得的复合材料的扫描电镜图(SEM)；

图3为实施例1中制得的双功能型催化剂和对照实施例1中制得的复合材料的透射电子显微镜图(TEM)和高分辨透射电镜图(HRTEM)；

图4为对照实施例1中制得的复合材料表面不致密点位的透射电子显微镜图(TEM)及相应的EDS图；

图5为HER催化的线性扫描伏安曲线图(LSV)；

图6为OER催化的线性扫描伏安曲线图(LSV)；

图7为全解水的LSV曲线图；

图8为实施例1中制得的双功能型催化剂在电池电压为1.56V的计时电流曲线图；

图9为实施例1中制得的双功能型催化剂第一次稳定性测试及阴/阳极交换后再次测试的i-t曲线图。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

一种具有Mott-Schottky异质结构的CoP

S1、取一片1×5 cm

S2、将预处理后的NF作为工作电极放于0.2M 的CuSO

S3、将2 mmol Co(NO

S4、称取0.1mmol的亚次磷酸钠，置于瓷舟中放在管式炉的上游，将S3中获得的Co(CO

实施例2

一种具有Mott-Schottky异质结构的CoP

S1、取一片1×5 cm

S2、将预处理后的NF作为工作电极放于0.2M 的CuSO

S3、将2 mmol Co(NO

S4、称取0.1mmol的亚次磷酸钠，置于瓷舟中放在管式炉的上游，将S3中获得的Co(CO

实施例3

一种具有Mott-Schottky异质结构的CoP

S1、取一片1×5 cm

S2、将预处理后的NF作为工作电极放于0.2M 的CuSO

S3、将2 mmol Co(NO

S4、称取0.1mmol的亚次磷酸钠，置于瓷舟中放在管式炉的上游，将S3中获得的Co(CO

实施例4

一种具有Mott-Schottky异质结构的CoP

S1、取一片1×5 cm

S2、将预处理后的NF作为工作电极放于0.2M 的CuSO

S3、将2 mmol Co(NO

S4、称取0.1mmol的亚次磷酸钠，置于瓷舟中放在管式炉的上游，将S3中获得的Co(CO

对照实施例1

一种具有Mott-Schottky异质结构的Co(CO

S1、取一片1×5 cm

S2、将预处理后的NF作为工作电极放于0.2M 的CuSO

S3、将2 mmol Co(NO

检测分析

1、XRD分析

将实施例1中制得的CoP

从图1中对比分析可知，Co(CO

2、SEM分析

将实施例1中制得的CoP

图2d、2e和2f为实施例1中制得的CoP

3、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)分析

将实施例1中制得的CoP

图3a和3b为对照实施例1中制得的Co(CO

4、透射电子显微镜(TEM)和EDS分析

将对照实施例1中制得的Co(CO

从图4中观察可知，在不致密部位观察到一个紧密结合的三层结构，表层是Co(CO

5、电化学性能测试

分别以实施例1中制得CoP

从图5中分析可知，实施例1中制得CoP

从图6中分析可知，实施例1中制得CoP

分别以实施例1中制得CoP

从图7中分析可知，实施例1中制得CoP

从图8中分析可知，实施例1中制得CoP

从图9中分析可知，将实施例1制得CoP

综上所述，本发明的具有Mott-Schottky异质结构CoP

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。