[发明专利]一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料及其制备方法和应用，与现有技术相比，本发明在密闭的高温高压反应釜中，采用异丙醇作为反应溶剂，按比例加入锡源、硫源和钴盐混合均匀，通过加热反应体系，产生一个高压环境而制备钴掺杂SnS₂纳米片阵列材料。一方面，二维纳米片结构使材料整体的表面积增大，纳米片的表面附着的小颗粒SnS₂可以提供更多的活性位点，更有利于电子的转移与传输，使材料具有更好的电化学催化响应和稳定性；另一方面，以碳纤维作为基底具有良好的导电性并且可以直接作为柔性电极材且不会影响电极反应。因此，选取碳纤维作为水热法合成的基底，在其表面生长二维结构，并直接用作析氧反应的催化。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机的日益加重，因此需要新的清洁燃料取代化石燃料已变得迫在眉睫。促使人们对各种类型的清洁和可持续能源转换和存储技术进行了深入研究。水分解作为一种有效的能量转换方式已经引起了人们的兴趣。水分解所产生的氢气和氧气被广泛认为是可持续的和充足的能量载体，由于存储释放时的高能量密度和无碳排放，所以能够解决当前的能源能量问题。

但是传统的电解水的催化剂的催化活性较低，且大多数的制备方法繁琐，不能实现良好的催化性能，并且对环境和资源产生负面的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料，以碳纤维为基底，在其表面生长不同量钴掺杂的SnS₂，探究其形貌变化及其电催化性能。

本发明的另一目的在于提供一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料的制备方法，在密闭的高温高压反应釜中，采用异丙醇作为反应溶剂，加入锡源、硫源和钴盐混合均匀，通过加热反应体系，产生一个高压环境而制备钴掺杂SnS₂纳米片阵列材料。

本发明还有一个目的在于提供一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料在电解水析氧反应方面的应用。

本发明具体技术方案如下：

一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：清洗碳纤维；

S2：将锡源、硫源和钴盐置于异丙醇中，得到混合溶液，倒入反应釜，加入碳纤维，密闭反应釜，加热反应，反应结束，自然冷却至室温，产物经清洗干燥得到负载在碳纤维上的钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料。

步骤S1中所述清洗碳纤维是指：将表面有杂质的碳纤维依次放入盐酸、乙醇、二次蒸馏水中进行超声清洗，超声清洗时间分别为10-20min。

步骤S2中所述锡源在混合溶液中浓度≥0.05mol L^-1，硫源在混合溶液中浓度≥0.2mol L^-1，步骤S2所述钴盐在混合溶液中浓度为0.0025～0.0125mol L^-1。

优选的，步骤S2中异丙醇的体积40mL。

步骤S2中所述锡源选自为SnCl₄·5H₂O，所述硫源为硫代乙酰胺，所述钴盐为六水合硝酸钴。

步骤S2所述的加热反应为180℃加热24h。

本发明提供一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料，采用上述方法制备得到，以碳纤维为基底，在其表面生长不同量钴掺杂的SnS₂纳米片。碳纤维基底表面生长直径20-100nm的SnS₂颗粒状包覆的SnS₂纳米片阵列结构。SnS₂纳米片长度1-2μm，厚度为5-10nm。

上述制备的一种钴掺杂二硫化锡纳米片阵列材料在电解水析氧反应的应用。