[发明专利]用于高效析氧反应的优化电子构型Co4

说明书

本发明公开了一种用于高效析氧反应的优化电子构型Co₄N纳米片的制备方法，包括：合成Co(CO₃)_0.5(OH)·0.11H₂O纳米片前驱体；合成Co₃O₄纳米片前驱体：将Co(CO₃)_0.5(OH)·0.11H₂O纳米片前驱体在空气气氛下煅烧，冷却至室温，得到Co₃O₄前驱体；合成Co₄N纳米片：在氨气气氛下煅烧Co₃O₄前驱体，得到Co₄N纳米片；调控Co₄N纳米片的电子构型：通过在氩氢混合气氛下煅烧Co₄N纳米片来调节Co₄N纳米片的氮含量，从而达到调控Co的电子构型的目的。本发明通过对Co₄N纳米片进行部分还原，得到了不同氮含量的缺陷型Co₄N纳米片。氮含量不同的缺陷型Co₄N纳米片具有不同的电子构型，其中Co离子的e_g电子填充数也不同，在催化、储能等领域具有很大的使用潜能。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种用于高效析氧反应的优化电子构型Co₄N纳米片的制备方法。

背景技术

作为一种重要的阳极反应，电化学氧化反应(OER)在许多能量转换过程中起着半反应的作用，如水的分解、二氧化碳还原和可充电金属-空气电池。由于多步质子耦合电子转移的参与，OER过程遭受缓慢的动力学，这推动了高效催化剂的发展。RuO₂和IrO₂是两种高活性的OER电催化剂，但其高成本和低储量限制了大规模应用。因此，研究人员寻找过渡金属化合物作为无贵金属替代品，如氧化物、氢氧化物、硫化物、硒化物、磷化物和氮化物。

近年来，氮化钴(Co₄N)因其准金属性质和有利的电子导电性而受到越来越多的关注。从氧化物或氢氧化物衍生，Co₄N在表面具有氧化的Co，作为 OER的活性位点。由于许多研究小组的努力，各种基于Co₄N的纳米材料被成功开发为OER催化剂。在这些Co₄N纳米材料中，表面氧化钴活性位点通常呈现+3价。通常Co³⁺离子在低自旋状态下呈现出t_2g⁶e_g⁰的电子构型，在高自旋状态下呈现出t_2g⁴e_g²的电子构型。但根据Shao-Horn理论，最佳e_g电子数为1.2，这与Co₄N中Co³⁺活性位点的e_g电子是不同的。因此，有必要通过调控Co₄N的电子构型来操纵Co活性位点的e_g填充数，从而提高Co₄N催化剂的内在活性。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于高效析氧反应的优化电子构型Co₄N纳米片的制备方法，包括以下步骤：