一种自模板调控的C/CoS2纳米管结构制备方法

技术领域

本发明涉及结构可控的C/CoS

背景技术

全球能源危机已成为严重的世界性问题。石油、煤炭、天然气等传统能源是一次能源，不可再生，寻求可持续、可再生、清洁能源显得尤为重要。在过去的几十年里，人们致力于开发氢燃料、太阳能电池、锂硫电池、金属空气电池、二氧化碳电化学还原、钙钛矿太阳能电池、传感器等新能源，其中氢能源则成为科研学者最为关注的研究对象。众所周知，氢一直被认为是一种清洁、地球资源丰富、环境友好的能源。但是，若要开发出足够的氢能，则需要提供较大偏压，这对设备功率提出很高的要求。那么，能否提出一种改进方式，以降低电耗为出发点，实现高效催化的目的。迄今为止，众多科研人员都在极力寻找高效制氢的催化剂，如贵金属Pt和Pd则成为研究电催化性能的首选材料。然而，这些贵金属含量少，价格昂贵，从长远角度考虑，它并不是一种合适的催化剂，因此，找到一种高效，无污染且成本低的催化剂来代替贵金属显得尤为重要。

近年来，过渡金属硫属化合物MX

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提出一种简便自模板调控的C/CoS

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种自模板调控的C/CoS

a、称取0.58g Co(NO

b、待反应冷却后，取出初始产物Co(OH)Cl-urea，进而对初始产物Co(OH)Cl-urea进行超声以保证其纯度，超声时间20分钟，再使用酒精和去离子水多次洗涤初始产物Co(OH)Cl-urea，最后将初始产物Co(OH)Cl-urea置于真空干燥箱里烘干12-24小时，烘箱温度为60℃；

c、称量0.01g初始产物Co(OH)Cl-urea置于化学气相沉积系统中的高温区，温度设定为 400℃；将0.1g S粉置于化学气相沉积系统中的低温区，温度设定为240℃；初始产物Co(OH)Cl-urea与S粉之间的位置保持在15-20cm；整个化学气相反应在Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.制备方法简单，产物纯度高；

2.产物形貌可控。通过控制反应Ar/H

3.制备的产物活性位点多。纳米管的比表面积大，催化活性位点多，有利于催化性能提高；

4.本发明方法具有普适性。同样适用于其他硫属纳米材料在电存储及电催化等方面的应用。

附图说明

图1a为实施例1、2、3和4中的工艺流程图；

图1b为实施例1、2、3和4中的化学气相工艺流程图；

图2为不同温度下前驱物Co(OH)Cl-urea的扫描电子显微镜图；

图2a-b为80℃下的前驱物Co(OH)Cl-urea的形貌图；

图2c-d为100℃下的前驱物Co(OH)Cl-urea的形貌图；

图2e-f为140℃下的前驱物Co(OH)Cl-urea的形貌图；

图2g-h为140℃下的前驱物Co(OH)Cl-urea的形貌图；

图2i-j为180℃下的前驱物Co(OH)Cl-urea的形貌图；

图3为实施例1、2、3和4样品的形成机理图和不同Ar/H

图4为实施例1、2、3和4不同温度下的硫化产物的扫描电子显微镜图；

图4a-c为300℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；

图4d-f为350℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；

图4g-i为400℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；

图4j-l为600℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；

图4m-o为800℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；

图5a-b为实施例3样品的扫描电子显微镜；

图5c-d为实施例3样品的透射电子显微镜；

图5e-f为实施例3样品的电子能谱图；

图6a-c为本发明在实施例3样品的光电子能谱图；

图6d为本发明在实施例3样品的热重分析图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，而不限制于本发明的范围。

a、称取0.58g Co(NO

b、待反应冷却后，取出初始产物Co(OH)Cl-urea，进而对初始产物Co(OH)Cl-urea进行超声以保证其纯度，超声时间20分钟，再使用酒精和去离子水多次洗涤初始产物Co(OH)Cl-urea，最后将初始产物Co(OH)Cl-urea置于真空干燥箱里烘干12-24小时，烘箱温度为60℃；

c、称量0.01g初始产物Co(OH)Cl-urea置于化学气相沉积系统中的高温区，温度设定为 400℃；将0.1g S粉置于化学气相沉积系统中的低温区，温度设定为240℃；初始产物Co(OH)Cl-urea与S粉之间的位置保持在15-20cm；整个化学气相反应在Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

作为本发明的进一步改进，所述步骤a中反应温度为140℃，所述步骤c中Ar/H

实施例1

本实施例按如下步骤制备C/CoS

a、称取0.58g Co(NO

b、待反应冷却后，取出初始产物Co(OH)Cl-urea，进而对初始产物Co(OH)Cl-urea进行超声以保证其纯度，超声时间20分钟，再使用酒精和去离子水多次洗涤初始产物Co(OH)Cl-urea，最后将初始产物Co(OH)Cl-urea置于真空干燥箱里烘干12-24小时，烘箱温度为60℃；

c、称量0.01g初始产物Co(OH)Cl-urea置于化学气相沉积系统中的高温区，温度设定为 400℃；将0.1g S粉置于化学气相沉积系统中的低温区，温度设定为240℃；初始产物Co(OH)Cl-urea与S粉之间的位置保持在15-20cm；整个化学气相反应在Ar/H

实施例2

本实施例按如下步骤制备C/CoS

a、称取0.58g Co(NO

b、待反应冷却后，取出初始产物Co(OH)Cl-urea，进而对初始产物Co(OH)Cl-urea进行超声以保证其纯度，超声时间20分钟，再使用酒精和去离子水多次洗涤初始产物Co(OH)Cl-urea，最后将初始产物Co(OH)Cl-urea置于真空干燥箱里烘干12-24小时，烘箱温度为60℃；

c、称量0.01g初始产物Co(OH)Cl-urea置于化学气相沉积系统中的高温区，温度设定为 400℃；将0.1g S粉置于化学气相沉积系统中的低温区，温度设定为240℃；初始产物Co(OH)Cl-urea与S粉之间的位置保持在15-20cm；整个化学气相反应在Ar/H

实施例3

本实施例按如下步骤制备C/CoS

a、称取0.58g Co(NO

b、待反应冷却后，取出初始产物Co(OH)Cl-urea，进而对初始产物Co(OH)Cl-urea进行超声以保证其纯度，超声时间20分钟，再使用酒精和去离子水多次洗涤初始产物Co(OH)Cl-urea，最后将初始产物Co(OH)Cl-urea置于真空干燥箱里烘干12-24小时，烘箱温度为60℃；

c、称量0.01g初始产物Co(OH)Cl-urea置于化学气相沉积系统中的高温区，温度设定为 400℃；将0.1g S粉置于化学气相沉积系统中的低温区，温度设定为240℃；初始产物Co(OH)Cl-urea与S粉之间的位置保持在15-20cm；整个化学气相反应在Ar/H

实施例4

本实施例按如下步骤制备C/CoS

a、称取0.58g Co(NO

b、待反应冷却后，取出初始产物Co(OH)Cl-urea，进而对初始产物Co(OH)Cl-urea进行超声以保证其纯度，超声时间20分钟，再使用酒精和去离子水多次洗涤初始产物Co(OH)Cl-urea，最后将初始产物Co(OH)Cl-urea置于真空干燥箱里烘干12-24小时，烘箱温度为60℃；

c、称量0.01g初始产物Co(OH)Cl-urea置于化学气相沉积系统中的高温区，温度设定为 400℃；将0.1g S粉置于化学气相沉积系统中的低温区，温度设定为240℃；初始产物Co(OH)Cl-urea与S粉之间的位置保持在15-20cm；整个化学气相反应在Ar/H

图1是实施例1、2、3和4产物的工艺流程图。其中图1a为实施例1、2、3和4中的工艺流程图；图1b为实施例1、2、3和4中的化学气相工艺流程图。图中明显可以看出，第一步采用低温溶剂热法制备前驱体Co(OH)Cl-urea；第二步采用化学气相沉积法制备出C@CoS

图2为不同温度下前驱物Co(OH)Cl-urea的扫描电子显微镜图。从图2a-b中可以看出，溶剂热反应温度设定80℃，产物出现少量纳米棒；当温度升高至100℃时，如图2c-d所示，产物出现部分无序纳米棒，且有聚集现象；进一步升高温度至140℃，如图2e-f，此刻产物形貌发生较大改变，形成伞型纳米棒结构；当反应温度达到160℃，如图2g-h，产物形貌呈现伞状纳米棒结构；继续升温至180℃，如图2i-j所示，产物形貌不再发生变化。

图3为实施例1、2、3和4样品的形成机理图和不同Ar/H

图4为实施例1、2、3和4不同温度下硫化产物的扫描电子显微镜图；图4a-c为300℃下硫化产物扫描电子显微镜图；图4d-f为400℃下硫化产物扫描电子显微镜图；图4g-i为500℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；图4j-l为600℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；图4m-o为800℃下硫化产物的扫描电子显微镜图；从图中可以看出，反应温度在400℃时的产物，纳米管结构最为明显，由此得出，反应最优温度为400℃。

图5a-b为实施例3样品的扫描电子显微镜；从图中可以看出产物呈现中空结构。图5c-d为实施例3样品的透射电子显微镜。如图5c是产物TEM图，从图中可以看出，该结构呈管状，从高分辨率TEM(HRTEM)图像可以看出，晶体的晶格条纹明显，其晶格间距也与文献报道的 CoS

图6a-c为本发明在实施例3样品的光电子能谱图；图6d为本发明在实施例3样品的热重分析图。图中分析可知，位于778.3eV和780.5eV处的峰分别对应于Co 2p