[发明专利]一种3D多孔钴锡钼三金属催化剂的制备方法

说明书

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种3D多孔钴锡钼三金属催化剂的制备方法。其是CoSn(OH)₆前驱体与四硫代钼酸铵分散于水中，经过水热、煅烧反应制得所述3D多孔钴锡钼三金属催化剂。该催化剂由二硫化钴、二氧化锡和二硫化钼组成的多孔立方体结构。本发明方法合成简单、成本低、制备的3D多孔钴锡钼三金属化合物将催化活性高的硫化物与导电性良好的氧化物结合，能够发挥化合物间的协同效应，提高各方面的性能。将其作为酸性条件下催化电解水制备氢气的电极材料，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种3D多孔钴锡钼三金属催化剂的制备方法。

背景技术

氢能是最有前途和最清洁的替代化石燃料的能源之一，因为它具有很高的能源密度，环境友好性和可再生性。其中，水电解制氢是一种较为方便的制氢方法，不会污染环境，并且得到的氢气产品纯度高。目前催化电解水制备氢气最好的电催化剂是铂和铂基材料，但是高成本、资源稀缺、耐久性差，极大地阻碍了其广泛应用。因此，寻找高效、低成本和储量丰富的非贵金属电催化剂成为当务之急。

作为典型的过渡金属硫化物材料，MoS₂因其价格低廉、稳定性高、催化性能好等特点被认为是电催化析氢（HER）中最有前景的催化剂之一。通过理论计算和实验证实，MoS₂的HER活性主要存在于仅占MoS₂本体很小一部分的边缘位置，这极大地限制了其电催化活性。此外，MoS₂导电性也限制了其电催化性能。增加MoS₂的本征活性和活性位点数目是提高MoS₂电催化效率的两种有效途径，构建异质结构是一种有效的提高MoS₂电催化活性的方法。例如，在吕建国CN 201910480011 .7专利中涉及了一种镍掺杂二硫化钼电催化剂的制备，镍的掺杂能够提高材料的导电率，因此提高了其HER催化性能。但是该方法构建的异质结构局限于仅仅引入了高导电性的物质。此外，在朱敏、谢吉民CN 201810461343 .6、CN201711024065 .X专利中均构建了不仅含有高导电性的组成而且还含有高催化活性的组成的异质结构，但是其所合成的复合物主要是通过物理混合得到的，合成步骤繁琐，并且需要外加的硫源。因此，通过适当的合成方法设计材料的组成和形貌来提高材料的活性位点数目和导电性，从而有效改善催化剂的性能是当前研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述缺点，提供一种低成本、性能良好的3D多孔钴锡钼三金属催化剂制备方法。其合成简单、成本低且制备的3D多孔钴锡钼三金属催化剂在酸性条件下拥有优异的HER性能。所述的钴锡钼三金属催化剂是二硫化钴、二氧化锡和二硫化钼组成的3D多孔结构，其粒径在200~250 nm；所述的钴锡钼三金属催化剂内部由颗粒堆积而成，颗粒大小为10~20 nm；外部由纳米片缠绕覆盖，纳米片厚20~25 nm。

所述的3D多孔钴锡钼三金属催化剂具有双峰形状的孔径分布，孔径分布在3~5 nm和10~20 nm；所述的3D多孔钴锡钼三金属催化剂的比表面积为50~80 m² g⁻¹。

制备方法包括以下步骤：

1）将六水合氯化钴、五水合氯化锡和二水合柠檬酸钠溶于体积比为7:1的水醇溶液中，随后逐滴加入的氢氧化钠溶液，在室温下搅拌0.5h进行共沉淀反应，离心，洗涤，真空干燥，得到立方CoSn(OH)₆前驱体；

2）将所得的CoSn(OH)₆前驱体与四硫代钼酸铵按质量比1：0.5~2混合后，分散于去离子水中，使溶质浓度为2.5~5 g/L，溶剂热反应一段时间后，离心，洗涤，真空干燥，得到干燥好的产物；

3）将步骤2）中得到的干燥好的产物在氮气氛围中，350 ℃~450 ℃的条件下保温2h，即可得到所述的3D多孔钴锡钼三金属催化剂。