[发明专利]一种钴酸锰纳米晶/碳化钛纳米片复合电极催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种钴酸锰纳米晶/碳化钛纳米片复合电极催化剂的制备方法，涉及电极催化剂领域，首先以钛铝碳为原料，通过选择性刻蚀铝层及超声分散制备碳化钛纳米片分散液，随后加入钴盐和锰盐溶液，搅拌均匀，得到前驱物溶液，将前驱物溶液转移至水热条件下反应，反应完成后得到的产物，经离心水洗，冷冻干燥，即得到钴酸锰纳米晶/碳化钛纳米片复合电极催化剂。本发明利用二维碳化钛纳米片上均匀生长钴酸锰纳米晶，同时发挥了钴酸锰的高电催化性能及碳化钛纳米片优异的导电性及稳定性，实现钴酸锰纳米晶与碳化钛纳米片之间的协同增强作用，制备出的电极催化剂具有较好的催化性能及良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种电极催化剂的制备方法，具体地，涉及一种钴酸锰纳米晶/碳化钛纳米片复合电极催化剂的制备方法。

背景技术

随着人们对能源需求的不断增加以及环境污染问题的日益严重，寻求清洁可持续能源已经成为人类社会迫在眉睫的问题。氢气作为一种高效、清洁且环境友好型能源，吸引了越来越多科学家的目光。然而氢气不是自然存在的，需通过一定方法进行制备。电催化析氢具有高效、无污染、原料水来源广泛的优势，备受人们青睐，很适合工业化制备氢气。目前电催化析氢反应活性最好的固态催化剂是贵金属铂，但是金属铂在地壳中的储量稀少，价格昂贵，易中毒，不适用于大规模商业化生产。因此开发廉价、高效的非贵金属析氢电极催化剂具有重大意义。

钴酸锰(MnCo₂O₄)是一种典型的尖晶石结构的混合过渡金属氧化物，具有独特的多价态过渡金属氧化物特征，其电催化性能一般优于单过渡金属氧化物，被广泛用于电极催化领域的研究。然而，钴酸锰的导电性较差，一定程度上限制了其在电催化产氢领域的应用。通过引入高导电性的材料作为基体材料，以降低复合催化剂的电荷转移电阻，提升复合体系的电催化活性是一种良好的解决办法。碳化钛(Ti₃C₂T_x)是一种新发现的二维层状材料，钛原子层及碳原子层的堆叠结构使其具有优异的导电性能，独特的金属性能以及催化性能；既可以作为理想的导电载体材料，同时也可以作为催化剂助剂。目前为止，在电催化产氢的研究热点中，以碳化钛及其复合物或者钴酸锰作为析氢催化剂的研究有很多(ATTANAYAKE N H,ABEYWEERA S C,THENUWARA A C,et al.Vertically aligned MoS₂ onTi₃C₂(MXene)as an improved HER catalyst[J].J Mater Chem A,2018,6(35):16882-9.ZHANG X,SHAO B,SUN Z,et al.Platinum Nanoparticle-Deposited Ti₃C₂Tx MXene forHydrogen Evolution Reaction[J].IndustrialEngineering Chemistry Research,2020,59(5):1822-8.DU X,FU J,ZHANG X.Construction of a MnCo₂O₄@NiyMx(S and P)crosslinked network for efficient electrocatalytic water splitting[J].Crystengcomm,2019,21(47):7293-302.LIN Y,YANG Z,CAO D,et al.Electro-deposition of nickel-iron nanoparticles on flower-like MnCo₂O₄ nanowires as anefficient bifunctional electrocatalyst for overall water splitting[J].Crystengcomm,2020,22(8):1425-35.)，然而，很少有将复合过渡金属氧化物与碳化钛复合物作为研究对象的，特别是碳化钛与钴酸锰复合的研究从未被报道过。