[发明专利]一种提高Co基纳米材料电催化特性的方法

说明书

本发明公开了一种提高Co基纳米材料电催化特性的方法，选用包括多根Co基纳米棒的Co基纳米材料作为电催化剂，所述Co基纳米材料为纳米级的金属有机骨架材料，所述Co基纳米棒中Co和过渡金属的摩尔比为1:1～8:1。本发明选用包括多根Co基纳米棒的Co基纳米材料作为氧化反应和水分解反应的催化剂，具有独特的多孔纳米结构，能大幅降低其过电位，极大地提高了电催化活性与电极的稳定性，在电催化领域具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及无机纳米电催化材料技术领域，尤其涉及一种提高Co基纳米材料电催化特性的方法。

背景技术

如今，化石燃料的大量使用，导致环境污染问题日益加剧。而且，化石能源均为不可再生能源，随着需求的日益增大，人们面临着传统能源耗尽的威胁。所以发展绿色可持续的能源是减轻环境污染和能源短缺是关键，其中能将电能转化为化学能的水分解析氢已经被视为重要的解决能源危机的其中一种策略。不过，水分解策略中“懒惰”的析氧半反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)[4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-]严重限制析氢效率和产量。因为其中涉及四电子转移过程，所以需要更大的过电压来克服壁垒。大量的工作已经被报道，利用贵金属电催化剂(例如IrO₂和RuO₂)能够有效加速催化OER反应从而提高析氢效率。但是，贵金属材料价格昂贵且地球储量少，不适合大规模的工业生产。因此，发展高效、廉价的电催化材料对于未来电解水制氢工业的发展具有重要意义。

目前常用含Fe、Co、Ni等过渡金属的纳米材料作为电催化剂，在这些常用的材料中，Co基纳米材料相对而言具有更强的OER催化活性，在电催化领域显示出了巨大的应用潜能。关于含有Co基的纳米材料作为电催化剂有诸多文献报导。例如：中国专利文献CN108588751A报导一种氧族Co基纳米材料的制备方法，通过水热法合成法制备棒状四氧化三钴和片状四氧化三钴纳米材料，其中选取具备最优催化效果的片状Co基纳米材料，在析氧反应中，50mV/cm²电流密度下其析氧过点位达到372mV。再如：采用热分解法制备钴铁双金属氧化物多孔纳米棒，通过研究不同Fe掺杂量对材料的结构与电解水析氧催化性能的影响，其中在最优的析氧催化性能下，10mA·cm^-2电流密度下其析氧过电位达到345mV。虽然这些制备工艺程序都过经过一定的优化，相比于贵金属作为催化剂有更强的催化活性，但是制备过程繁琐，操作复杂，需要高温，而且其过电位一般在330mV以上，在一定程度上制约了其在电催化领域的大规模实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种提高Co基纳米材料电催化特性的方法，操作简单，原料来源丰富、成本低，便于大规模生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高Co基纳米材料电催化特性的方法，选用包括多根Co基纳米棒的Co基纳米材料作为电催化剂，所述Co基纳米材料为纳米级的金属有机骨架材料，所述Co基纳米棒中Co和过渡金属的摩尔比为1:1～8:1。

作为上述方案的改进，所述Co基纳米棒为FeCo纳米棒,Co和Fe的摩尔比为1:1～8:1。

作为上述方案的改进，所述Co基纳米棒由下述方法制得：

(1)在剧烈搅拌的条件下，将四水乙酸钴溶于甲醇溶液中，得到A溶液；

(2)将2，5-二羟基对苯二甲酸加入甲醇溶液中，搅拌至完全溶解，再加入可溶性过渡金属盐，搅拌均匀，得到B溶液；

(3)将步骤(1)得到的A溶液加入步骤(2)得到的B溶液中，搅拌均匀后进行离心，得到固体物质；

(4)对步骤(3)得到的固体物质进行洗涤，去除没有发生反应的原料，将洗涤后的固体物质在水中进行水分散，得到混合物；