[发明专利]一种钴硫化物的制备方法及其产物和应用

说明书

本发明公开了一种钴硫化物的制备方法及其产物和应用，上述制备方法包括如下步骤：(1)称取钴盐、尿素，溶于水中，搅拌获得混合均匀的溶液；(2)将所述溶液经过水热反应得到碱式碳酸钴沉淀；(3)将所述碱式碳酸钴沉淀离心干燥，加入含硫化剂的水溶液中进行低温硫化，得到无定型硫化钴纳米粒子。本发明通过低温硫化快速制备了形貌规则的、无定型结构的硫化钴纳米材料；硫化反应温度低，反应时间短，显著降低了能耗，有利于放大生产；制得的硫化钴纳米颗粒呈无定型结构，相较晶体结构的硫化钴表现出更加优异的电化学析氢催化活性。

技术领域

本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种钴硫化物的制备方法及其产物和应用。

背景技术

随着燃料电池技术的加速推广，氢能的制取成为其商业化进程的一个重要环节。水电解制氢具有转化效率高、工艺简单、无污染、制取的氢气纯度高等优点，是一种理想的技术选择。目前，水电解实际需要的电压远超过理论电压1.23V，这与电极活化过电位过大密切相关。开发低成本、高活性催化剂是降低电极过电位的有效方法之一，以铁、钴、镍等过渡金属为代表的水电解催化剂不仅具有媲美铂、铱、钌等贵金属的高催化活性，而且成本低廉，在碱性环境的稳定性好，近年来获得科研者的广泛关注。其中，包括钴-氮-碳复合物、钴氧化物(氢氧化物)、钴硫化物、钴硒化物、钴磷化物、钴磷酸盐等在内的钴基催化剂表现出优异的水电解催化活性。特别地，钴硫化物因制备工艺简单、析氢催化性能优异、稳定性好而获得了较高的关注度。然而，目前制备钴硫化物的方式多在高温的水热环境或管式炉中进行硫化改性，并且制得的钴硫化物呈晶体态。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述制备工艺缺陷，提供一种钴硫化物的制备方法及其产物和应用，通过低温硫化快速制备了形貌规则的、无定型结构的硫化钴纳米材料。

为了实现上述目的，在基础的实施方案中，本发明一方面提供一种钴硫化物的制备方法，包括如下步骤：

(1)称取钴盐、尿素，溶于水中，搅拌获得混合均匀的溶液；

(2)将所述溶液经过水热反应得到碱式碳酸钴沉淀；

(3)将所述碱式碳酸钴沉淀离心干燥，加入含硫化剂的水溶液中进行低温硫化，得到无定型硫化钴纳米粒子；

其中，所述低温硫化的温度为0～50℃，反应时间为0.01～24h。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(1)中，还包括加入原料氟化铵。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(1)中，所述的钴盐选自硝酸钴、醋酸钴、硫酸钴和氯化钴中。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(1)中，所述的钴盐的浓度为0.05～0.2mol/L，氟化铵的浓度为≤0.1mol/L，尿素与钴盐的摩尔比为1:1～5:1。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(2)中，所述的水热反应的温度为80～160℃，反应时间为1～24h。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(3)中，所述的硫化剂选自硫化钠、硫化铵、硫脲和硫代乙酰胺。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(3)中，所述的硫化剂在水溶液中的浓度为0.1～0.3mol/L。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(3)中，所述低温硫化的温度为0～25℃，反应时间为0.01～6h。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(1)中加入原料氟化铵时，所述低温硫化的温度为0～25℃，反应时间为14～24h。

在一种优选的实施方案中，所述的步骤(1)中加入原料氟化铵时，所述低温硫化的温度为0～15℃，反应时间为18～24h。