[发明专利]一种碳布负载的Mo掺杂Co9

说明书

本发明公开了一种碳布负载的Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列复合材料及其应用，本发明将金属钴盐、钼源在碱性溶液中混合，并加入一块碳布，随后进行水热反应，结束后冲洗，干燥，将所得材料置于惰性气氛中硫化，程序升温至一定温度进行退火处理，即得到所述碳布负载的Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列复合材料。Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列可以优化电子结构，提高催化活性，相对于现有技术，本发明方法操作简单，易于规模化生产；而且碳布有利于提高材料导电性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种碳布负载的Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列复合材料及其应用，属于电解水催化剂技术领域。

背景技术

化石燃料燃烧所带来的环境问题日益严峻，所以清洁能源的生产以及应用备受青睐。其中，氢气作为一种绿色清洁能源，广大科研工作者对其制氢方法、制备工艺以及开发流程的优化等方面开展了广泛的研究。

在众多的中制氢方法中因电解水制氢的工艺流程较为简单、绿色环保的优良特性被认为是一种有潜力、有待推广使用的制氢策略。阴极上的析氢反应(HER)和阳极上的析氧反应(OER)构成了完整的电解水反应过程。但是，由于HER和OER两个反应的活化能垒较大，在热力学和动力学上均难以实现，使得电解水的实际电压往往高于其理论值(1.23 V)。因此，需要借助高效的电催化剂来降低反应的过电势，从而减少反应能耗。高效电解水催化剂作为电解水装置的重要材料，它不仅决定了电解水所需的总电压还是决定电能转化为氢能的效率的关键所在。目前，贵金属Pt和贵金属氧化物RuO₂/IrO₂分别被公认为性能卓越的HER和OER催化剂，然而，贵金属催化剂成本高且十分稀缺所以限制了其大规模生产、应用。所以寻找一种相对高效、廉价的性价比高的非贵金属析氧反应电催化剂是当前电解水研究的重要任务所在。

在众多催化剂中，过渡金属化合物由于其独特的组成和易于调控的电子结构，受到科研工作者的广泛关注。然而，过渡金属化合物自身较差的导电性使其性能难以满足实际应用。报道指出，Mo原子的3d空轨道可以有效调控过渡金属化合物的电子结构、提高其导电性及优化其对反应中间物种的吸附自由能，从而提高其电催化性能。一些过渡金属基MxNy (M = Fe、Co、Ni、Mo、W等，N = S、P、C、N等)催化剂具有类Pt的电子结构，能够有效地催化析氢反应。同时，在高电位下MxNy催化剂表面原位生成的氧化物种可以充当OER的活性位点。然而，此类材料的导电性较差，电子传输受阻，本征活性低，电化学活性难以与贵金属催化剂相媲美。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳布负载的Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列复合材料及其应用。本发明方法操作简单，易于规模化生产；而且碳布有利于提高材料导电性和稳定性，Mo原子掺杂可以优化电子结构，提高催化活性。

为解决现有技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种碳布负载的Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列复合材料，将钴盐和钼源溶解后，加入氟化铵和尿素调节反应体系为碱性环境，再加入碳布，进行水热反应，得前驱体；将前驱体与硫化剂置于惰性气氛中程序升温后进行退火处理，即得碳布负载的Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列复合材料。

上述一种碳布负载的Mo掺杂Co₉S₈纳米阵列复合材料，按照以下步骤进行制备：

S1、将钴盐、钼源、氟化铵和尿素在水中混匀后，加入碳布，然后在110~130℃下进行水热反应，得到前驱体；