[发明专利]一种Co3O4@MnCo2O4纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种Co₃O₄@MnCo₂O₄纳米材料的制备方法，步骤如下：将泡沫镍在HCl溶液中超声，清洗；将Co(NO₃)₂·6H₂O、NH₄F和尿素溶于去离子水中，搅拌得到均相溶液，转移到反应釜，将已处理的泡沫镍浸入反应釜中，在85‑95℃电烘箱中保持9‑11h，冷却至室温，将泡沫镍产品取出，用去离子水超声4‑6min，退火，得到Co₃O₄；将MnCl₂·4H₂O，尿素和Co(NO₃)₂·6H₂O溶解在去离子水中，转移到高压釜，泡沫镍负载Co₃O₄纳米线投入反应溶液，反应5‑7h，冲洗，退火，冷却即得。该方法制备的Co₃O₄@MnCo₂O₄复合材料具有优异的电化学性能，比电容值高。

技术领域

本发明涉及一种Co₃O₄@MnCo₂O₄纳米材料的制备方法。

背景技术

由于传统化石燃料的消耗，我们正面临着许多问题，比如能源短缺问题，石油、天然气和煤炭等化石能源都属于不可再生资源，人类的经济和科学技术的发展虽然为我们创造了很大的财富，但是与此同时也使得能源被过度使用造成了能源短缺问题。化石能源的消耗也导致了严重的环境问题例如酸雨、全球气温变暖、气候变化和臭氧空洞等。酸雨是由于人类大量使用煤、石油、等化石燃料，燃烧后产生的硫化合物或氮氧化物，在大气中经过复杂的化学反应，形成硫酸或硝酸气溶胶，或为云、雨、雪、雾捕捉吸收，降到地面成为酸雨。温室气体排放主要来自交通方面（汽车尾气排放）和电力发电，还有工厂里污染气体的排放。我们的生活环境遭到了严重的破坏。化石燃料的日益枯竭和环境问题日趋严峻，所以促使人们迫切需要寻找清洁能源作为能源载体。如风能、太阳能等，但是它们属于间歇性的能源，大量的对其开发利用将会对人们来说是一个巨大的挑战。而氢作为一种可持续的和碳－中性的能源载体，是未来取代化石燃料的理想选择。氢能被认为是一种有吸引力的替代燃料，还因为它的清洁无污染、高效、可再生性和来源丰富等特点。

制造氢能的方法有很多，比如化石燃料制氢，液体原料醇类制氢，生物制氢、太阳能制氢和电解水制氢。目前电解水制氢是最无污染、操作简单的制氢技术。电化学水分解为可持续的能量转换和储存提供了一种很有前景的方法，它需要一个1.23V的热力学势能，把水分解成氢和氧。与阴极氢的析出反应相比，阳极上的水氧化是一种更耗能的反应，它的初始要求是1.23伏的热力学势能，这种阳极反应受到缓慢动力学的影响，在改进的同时仍然是关键瓶颈。水裂解技术和高效的电催化剂是需要在低的超电势下达到高电流密度。所以需要设计先进的电催化剂，来降低超电势，提高分解水的效率。

目前，氧气析出反应常用的催化剂Ir、Pt、IrO₂和RuO₂等贵金属和重金属氧化物，但却受到来源稀缺和高成本的影响，限制了他们的在工业中的大规模使用。显而易见的开发低成本的催化剂来替代贵金属是非常重要的。传统的水电解通常是强酸或强碱电解质中进行，但却会导致严重的腐蚀问题。因此，在良好的条件下，开发非稀有金属水氧化催化剂是非常有吸引力的。在此之前就有科学家们研究了以钴氧化物为基础的电催化剂，由于具有良好的电催化性能，最有潜力、活性低，制备容易，化学稳定性好。一般来说，硫化钴（Co_xS）和钴磷（Co_xP）是很好的氢气析出反应（HER）的电催化剂，而钴氧化物（Co_xO）则是对催化氧气析出反应（OER）有很好的研究前景。

发明内容