[发明专利]一种富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电催化剂技术领域，公开一种富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂及其制备方法和应用，其制备方法包括如下步骤：(1)将钴盐、钼酸盐溶解后加入2‑甲基咪唑溶液，搅拌混合、离心干燥获得钼掺杂的钴基金属有机框架的前驱体；(2)将前驱体与硒粉混合，研磨后煅烧得到钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂；(3)将步骤(2)制备的催化剂热处理，得到所述富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂。得到的催化剂在碱性条件下对于电解水阴极析氢反应具有优异的电催化活性，且长期工作下仍具有较好稳定性。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，具体涉及一种富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能作为一种绿色的可再生能源，相比于其他传统化石燃料，如煤炭等，其具有清洁、高效等特点。目前，在各种析氢方法中，电化学水分解产氢是目前最具有前景的方法之一，被广泛的深入研究。然而，目前用于析氢反应的有效电催化剂中，最佳电催化剂一般是贵金属基催化剂(例如Pt基催化剂)，但贵金属的稀缺及昂贵的价格限制了其广泛发展；采用非贵金属基材料代替贵金属催化剂进行高效电解水产氢对于氢能制备具有深远的意义。近年来，许多研究工作致力于开发如过渡金属氧化物，碳化物，磷化物和硒化物等低成本的非贵金属析氢电催化剂用于代替传统的贵金属催化剂。

在这些替代催化剂中，过渡金属硒化物例如CoSe₂，Co_0.85Se和NiSe₂等电催化剂已被多次报道在电解水产氢中具有较好的催化性能。如公开号为CN106558689A的中国专利文献公开了一种双连续CoSe₂/NiSe₂纳米复合材料制备方法，该方法首先以CoSO₄·7H₂O、NiSO₄·6H₂O、硒粉、水、乙醇、水合肼为原料，通过电化学方法原位制备金属硒化物纳米复合材料；具体方法如下：(1)按一定摩尔比例将CoSO₄·7H₂O和NiSO₄·6H₂O加入到水中搅拌至完全溶解；(2)在步骤(1)得到的溶液中加入乙醇，再加入硒粉，充分搅拌；进行溶剂热反应，得到CoNiSe₄固溶体材料；再对CoNiSe₄进行涂片，装电池后进行恒流充放电得到CoSe₂/NiSe₂纳米复合材料。

如公开号为CN111482189A的中国专利文献公开了一种核壳结构NiSe₂@NC电催化材料的制备方法及其应用，采用水合肼为还原剂，硒粉为硒源，金属有机框架物为前驱物，通过水热反应对混合配体的金属有机骨架进行选择性硒化反应。再通过进一步高温煅烧处理，制备出一系列具有可调节的氮掺杂碳包覆的立方相核壳二硒化镍正八面体材料。Yongqiang Zhao等人通过将钴箔和硒粉同时封装，热处理一步合成三维硒化钴电极，在碱性条件下展现出较好的电催化活性(Adv.Energy Mater.2018,8,1801926)。

但是单纯的硒化钴作为电催化剂，其性能与商业的Pt/C等贵金属催化剂仍有较大的距离。因此，通过制备一种由碳壳包覆的具有缺陷的过渡金属掺杂硒化钴电催化剂能够有效的提高其对水分子的吸附与解离能力，同时过渡金属掺杂可以进一步优化硒化钴的电子结构，从而进一步提升电催化活性，对实现替代传统商业贵金属催化剂是极具意义的。

发明内容

本发明针对现有技术中单纯的硒化钴催化剂催化活性有待提高这一问题，提供一种富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂的制备方法，得到的催化剂在碱性条件下对于电解水阴极析氢反应具有优异的电催化活性，且长期工作下仍具有较好稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂的制备方法，包括如下步骤：