[发明专利]一种钼酸钴空心微球电催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种钼酸钴空心微球电催化剂的制备方法，其步骤为：分别称取硝酸钴、钼酸钠、无水醋酸钠，加入去离子水，搅拌至完全溶解，将所得混合溶液进行水热反应，待反应完毕后，清洗后干燥样品；将干燥后的样品在空气气氛下进行高温热处理，即得到钼酸钴空心微球样品。该方法提升了电解水分离效率，并降低了电催化剂的使用成本。

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种低成本制备钼酸钴空心微球的方法。

背景技术

鉴于能源危机和环境污染问题的日趋严重，开发可持续发展的清洁能源是迫切需要的。绿色能源氢气的开发有利于缓解当前的能源环境危机，电催化剂裂解水制氢气被认为是产生氢气的有效途径之一。电解水作为氢能源的主要产生方式，通常包括两个半反应，分别是产氢和产氧过程，而电解水的瓶颈主要在于阳极析氧反应（OER）的动力学缓慢，导致电解水制氢的转化效率较低，寻求高催化活性和性能稳定的析氧反应电催化剂成为电解水效率提升的关键。目前活性最高的析氧电催化剂是贵金属氧化物（例如IrO₂和RuO₂），但是贵金属材料资源稀缺、价格过高，不利于大规模生产。因此，迫切需要研发出高效、稳定的非贵金属催化剂来代替贵金属催化剂。由于过渡金属价格相对低廉而且其具有良好的电催化性能，因此受到广泛的关注。研究表明空心微纳结构的电催化剂具有较高的比表面积、较多的活性位点，较低的密度和热扩散系数，相比于块材或者实心结构具有更加优异的电催化活性。

钼酸钴(CoMoO₄)是一种廉价过渡金属氧化物，具有良好的电化学稳定性和较高的电催化活性，截至目前，关于钼酸钴空心球的制备方法报道非常少，例如，（1）利用二氧化硅小球作为模板制备钼酸钴空心球，二氧化硅小球的有效去除增加了反应的复杂性（RSCAdv., 2016, 6, 51710）；（2）利用金属有机钼盐作为反应物，有机溶剂作为反应溶剂，经过多步反应制备出钼酸钴空心球，其中金属有机盐和有机溶剂的使用，提高了制备成本，并且有机物的去除使反应过程变得复杂，这将不利于钼酸钴空心球制备的市场化（Chem.Mater. 2016, 28, 2417）。

发明内容

为了解决贵金属析氧电催化剂存在资源稀缺、价格过高等问题，本发明的目的是提供一种钼酸钴(CoMoO₄)空心微球电催化剂的制备方法，该方法提升了电解水分离效率，并降低了电催化剂的使用成本。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种钼酸钴空心微球结构的电催化剂的制备方法，主要包括以下步骤：

（1）钴离子和钼离子的氧化物空心微球前驱物的制备：分别称取Co(NO₃)₂.6H₂O(硝酸钴)、Na₂MoO₄.2H₂O（钼酸钠）、NaAC(无水醋酸钠)，加入去离子水，磁力搅拌至完全溶解，将所得混合溶液加入聚四氟乙烯的反应釜中进行水热反应，待反应完毕后，将反应釜取出并自然冷却到室温，收集反应釜中的固态沉淀物，并分别用去离子水和无水乙醇清洗数次，并干燥样品；

（2）钼酸钴空心微球结构的制备：将烘干的固态样品置于管式烧结炉中，在空气气氛下，在设定的反应温度和反应时间内对样品进行高温热处理，待样品冷却至室温后取出，即得到钼酸钴空心微球样品。

进一步的，步骤（1）中，硝酸钴、钼酸钠和无水醋酸钠的摩尔比为1：1：10，三者在所得混合溶液中的摩尔浓度分别为0.033摩尔/升、0.033摩尔/升和0.33摩尔/升。

进一步的，步骤（1）中，磁力搅拌时间为0.5h-1h。

进一步的，步骤（1）中，水热反应时间为12h-24h，优选为20h, 水热反应温度为160^OC-180 ^OC, 优选为180 ^OC，反应物溶液体积为反应釜总体积的60%。