一种碳/二硫化钼-硫钼钴复合电化学催化剂材料及其制备与应用

技术领域

本发明属于金属空气电池领域，具体涉及一种C/MoS

背景技术

随着生活生产和科学技术的高速发展，能源的消耗与日俱增，能源需求日益紧缺，而传统化石能源的大量使用带来的环境污染、资源短缺、温室效应等问题日益突出，成为人类社会发展所面临的重大挑战。加速化石能源向清洁可再生能源转变已刻不容缓，开发新型高效的绿色新能源已成为当今国内外能源领域的研发热点

金属-空气电池是以电极电位较负的金属如镁、铝、锌、汞、铁等作负极，以空气中的氧或纯氧作正极的活性物质。金属-空气电池的性能，如充放电效率、容量保持率、能量效率、循环寿命等，取决于电池氧电极放电过程中的氧还原反应(ORR)和充电过程中的氧析出反应(OER)(O

过渡金属硫化物材料以其良好的电子性能和较低的经济成本，在电化学储能和转换领域得到了广泛的关注。但是，金属硫化物纳米片活性中心数量有限、由于强大的范德华力容易聚集，且具有内在的缓慢电荷转移动力学，限制了其作为金属-空气电池正极催化剂材料的应用。在材料中引入多孔网络以增加其表面积，特别是介孔金属多硫化物

参考文献：

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发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种制备方法简单、具有ORR和OER双功能催化活性的C/MoS

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳/二硫化钼-硫钼钴复合电化学催化剂材料的制备方法，其特点在于：所述C/MoS

步骤1、将C/MoS

步骤2、将所述前驱体沉淀在800～900℃惰性气氛中煅烧2～4小时。

步骤3、将步骤2所得产物加入到0.5mol/L的硫酸溶液中，70～90℃冷凝回流3h，所得产物经抽滤、洗至中性、干燥，即获得目标产物C/MoS

进一步地：所述溶液A中，C/MoS

进一步地，所述有机溶剂为乙醇或甲醇。

进一步地，所述金属钴盐为氯化钴、溴化钴、碳酸钴、醋酸钴或六水合硝酸钴。

进一步地，所述惰性气氛为N

进一步地，所述C/MoS

进一步地，钼源、碳源、硫源和蒸馏水的用量比为1.5～2g：2～5g：0.8～4g：15～40mL。

进一步地：所述钼源为四水合钼酸铵、三氧化钼、钼酸钙或六氟化钼；所述碳源为葡萄糖、蔗糖或乙二醇；所述硫源为硫脲、硫磺、硫醇或者硫氨酸。

本发明按上述制备方法所制得的C/MoS

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明提供的C/MoS

2、本发明的C/MoS

3、本发明的C/MoS

4、本发明的制备方法工艺简单、易于操作、成本低。

附图说明

图1为实施例1～4所制备的C/MoS

图2为实施例1所制备的C/MoS

图3为实施例1所制备的复合材料的ORR性能测试图，a～e依次代表测试转速2000、1600、1200、800、400；

图4为实施例1～4所制备的复合材料的ORR性能测试图，a～d依次代表实施例1～4所得材料；

图5为实施例1～4所制备的复合材料的OER性能测试图，a～d依次代表实施例1～4所得材料。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

步骤1、将1.7g四水合钼酸铵、3.8g硫脲溶于35mL蒸馏水中，并加入3g葡萄糖，超声10min后转移至反应釜内，180℃反应24h；反应结束后，将所得产物抽滤、用酒精和蒸馏水洗至中性、60℃下干燥12h，即获得C-MoS

步骤2、将0.5g步骤1所得的C-MoS

步骤3、将前驱体沉淀置于石英舟中，并移置于管式炉内，在氩气保护下800℃煅烧2h。

步骤4、将步骤3所得产物加入到0.5mol/L的硫酸溶液中，90℃冷凝回流3h，所得产物经抽滤、水洗至中性、60℃干燥12h，即获得目标产物C/MoS

实施例2

本实施例按实施例1相同的方法制备复合材料，区别仅在于不进行步骤4。

实施例3

本实施例按实施例1相同的方法制备复合材料，区别仅在于步骤3中的煅烧温度为700℃。

实施例4

本实施例按实施例2相同的方法制备C/MoS

图1为实施例1～4所制备的C/MoS

图2为实施例1所制备的C/MoS

按如下方法测试上述各实施例所制备的复合材料的ORR性能和OER性能：将2mg催化剂、0.4mg科琴黑KB和15μL萘酚一起溶于1000μL乙醇水溶液(乙醇：水＝1:4)中，超声1h，获得均匀混合溶液。取10μL混合溶液滴在玻碳电极上，风干2h后成催化剂层，在圆盘电极上进行LSV测试。

图3为实施例1所制备的复合材料在不同转速下的ORR性能测试图。图4和图5分别为实施例1～4所制备的复合材料的ORR性能对比图(转速为1600rpm)和OER性能对比图(转速为1600rpm)，a～d依次代表实施例1～4所得材料。结果表明：相较于实施例2、3、4，实施例1的产物具有更高的极限电流密度和较低的过电位，具备良好的ORR、OER性能，可运用到金属空气电池，通过催化氧气反应来提高电池的能量密度以及循环稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。