一种碳布原位生长氧化钴纳米片的制备方法

技术领域

本发明属于电解水制氢电催化剂技术领域，具体涉及一种碳布基底上原位生长由纳米片组成的三维网状过渡金属氧化钴电催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，随着化石燃料的广泛使用，出现了严重的能源和环境危机，迫使人们寻求可替代能源。氢能源因其燃烧值高、绿色无污染等优点受到了众多科研人员的广泛关注，而电解水产氢工艺设备简单被认为是最有应用前景的制氢技术。目前，铂基材料因其低过电位和高电流密度是最好的电解水制氢催化剂，然而此类材料高成本和稀缺性的缺点限制了其实际应用。因此，亟需开发、设计绿色、高效、低廉的电解水制氢催化剂。

近来，过渡金属钴基纳米材料被发现是析氢反应高效的电催化剂，同时在超级电容器、锂离子电池等领域也具有广阔的应用前景。然而，钴基纳米材料的缺点是导电性差，在析氢过程中结构不稳定。研究表明，构建特殊形貌，如球形、蛋黄壳形、线型等是提高电极材料电解水制氢性能的有效手段(Sci.Adv.,2019,5,eaav6009)。其中二维结构可增加材料比表面积，增加催化活性位点，提高材料的催化活性(ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10,25409-25414)。然而，片层结构的纳米材料尺寸难以控制且易发生堆积从而降低材料的电化学活性。另外，传统的电极材料在制作电极时往往需要使用粘合剂，导致材料活性位点的减少。因此，将材料负载在导电基底上，不仅可以增加材料的导电性，也可直接作为电极材料。

发明内容

针对上述问题，我们开发了通过较低温度的水热法结合热处理工艺制备碳布负载二维氧化钴(CoO/CC)纳米片的制备方法。该制备方法成本低廉、简便快捷、条件温和、产物形貌重现性好、结构稳定。同时，所制备材料是由纳米片交联形成的三维网状结构，此结构可增大材料的比表面积，从而暴露更多的活性位点，在提高材料活性的同时使材料的稳定性得到较大提高。电化学测试结果表明碳布基底上原位生长的氧化钴纳米片电解水制氢性能得到提升，且所制备的催化剂电解水制氢性能优于商业Pt/C。所制备材料有望广泛应用于电化学储能、光催化、电解水等领域。

本发明的技术方案：

一种碳布原位生长氧化钴纳米片的制备方法，步骤如下：

分别用HNO

钴盐和六亚甲基四胺的摩尔比为1:2，钴盐在混合溶液中的浓度0.167mol L

本发明的有益效果：本发明在制备Co(OH)

附图说明

图1是Co(OH)

图2是Co(OH)

图3是CoO/CC纳米片的扫描电镜图，a在尺寸为5μm条件下，b在尺寸为500nm条件下。

图4是CoO纳米片的扫描电镜图，a在尺寸为1μm条件下，b在尺寸为500nm条件下。

图5是CC、Co(OH)

图6是Co(OH)

图7是CoO/CC纳米片的稳定性曲线。

图8是稳定性测试后CoO/CC纳米片的扫描电镜图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

Co(OH)

CoO/CC纳米片的制备：将Co(OH)

CoO纳米片的制备：为了研究碳布对材料性能的影响，采用上述方法制备CoO纳米片。在水热过程中不加入碳布，水热反应完成后采用高速离心的方法获得Co(OH)

用于电化学产氢性能测试

产氢性能测试方法：三电极体系，饱和甘汞电极(参比电极)，石墨棒(对电极)，CoO/CC(工作电极)，电解液为0.5M H

由样品的XRD图(图1)可知，采用水热法可一步制得Co(OH)

图5为所制备样品及裸碳布的线性伏安曲线。由图可知，碳布上原位生长的CoO纳米片表现出最优的产氢活性，在电流密度为10mAcm