[发明专利]一种具有丰富缺陷和硫空位的钴掺杂硫化铜纳米片材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有丰富缺陷和硫空位的钴掺杂硫化铜纳米片材料及其制备方法和应用。包括以下步骤：将铜盐溶液加入到硫脲溶液中，搅拌下迅速白色絮状物溶液；在搅拌下将钴盐溶液与白色絮状物溶液混合并搅拌15分钟，然后将溶液转移至反应釜中，在140℃～160℃水热反应12～15小时，经离心，洗涤、干燥得到。所述钴掺杂硫化铜纳米片材料具有丰富缺陷和硫空位的钴掺杂硫化铜纳米片材料作为电解水的电极材料，具有低的电阻，不仅实现了长的稳定性，而且具有大的比表面积，从而提供更大的活性面积，实现氧气快速高效析出。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有丰富缺陷和硫空位的钴掺杂硫化铜纳米片材料及其制备方法和应用。

背景技术

不断增长的全球能源需求，加上化石燃料的枯竭和相关的负面环境影响，正在促使人们追求和利用并深入研究各种高效率、可持续、低成本的能源转换和存储技术。光/电驱动水分解生产氢、氧气燃料被认为是实现太阳能/电能转化为化学能的最有前景的策略之一，从而克服太阳光的间歇性，实现太阳能的储存。但在水分解过程中，其过高的电催化氧气析出反应(OER)过电位及其缓慢的动力学反应过程,严重制约电解水制氢能源技术的发展。因此，值得探索简单有效的电催化材料和策略，来提高氧气析出反应催化剂中活性位点的吸附性，从而实现高效地电解水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有丰富缺陷和硫空位的钴掺杂硫化铜纳米片材料及其制备方法和应用，以[Cu(tu)]Cl· 1/2H₂O为自牺牲模板，采用溶剂热的方法掺杂钴从而自组装形成钴掺杂的硫化铜纳米片材料，其具有较大的活性面积，和较好的电催化活性。

本发明采取的技术方案为：

一种具有硫空位的钴掺杂硫化铜纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将铜盐、钴盐分别完全溶解在乙醇中，得到铜盐溶液、钴盐溶液；

S2：将硫脲完全溶解在乙醇中，得到硫脲溶液；

S3：将铜盐溶液加入到硫脲溶液中，搅拌下迅速生成白色絮状物溶液；

S4：在搅拌下将钴盐溶液与步骤S3得到的白色絮状物溶液迅速混合并搅拌15分钟，然后将溶液转移至反应釜中，在140℃~160℃水热反应12~15小时；

S5：将步骤S4得到的深绿色沉淀物离心，并洗涤、干燥。

所述铜盐、钴盐、硫脲的物质的量之比为1：（1~5）:（4~10），优选为1：2：4。

步骤S1中，所述铜盐溶液的浓度为0.002~0.5mol L^-1，所述钴盐溶液的浓度为0.001~0.5 mol L^-1；

所述铜盐、钴盐分别为二水合氯化铜、六水合氯化钴。

进一步地，所述铜盐溶液的浓度优选为0.2mol L^-1，所述钴盐溶液的浓度优选为0.0017~0.1 mol L^-1。

步骤S2中，所述硫脲溶液的浓度为0.0015~0.5 mol L^-1，优选为0.4mol L^-1。

所述铜盐溶液、钴盐溶液、硫脲溶液的体积之比为1：2：1。

所述步骤S4中，水热反应的条件优选为140℃反应15小时。

所述步骤S5中，用乙醇和去离子水洗涤数次，然后在烘箱中60℃下干燥12小时。