[发明专利]Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将钴盐、铌盐和沉淀剂混合后进行水浴加热反应，反应结束后自然冷却至室温，离心收集产物，洗涤干燥后，得到铌掺杂的氢氧化钴纳米复合材料；步骤S2，将所述铌掺杂的氢氧化钴纳米复合材料均匀分散在纯水中，加入铂源溶液、表面活性剂和无水乙醇，混合均匀后得到混合溶液，将所述混合溶液转移至反应釜中进行溶剂热反应，反应结束后自然冷却至室温，离心收集产物，洗涤干燥后，得到Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料。本发明还提供了Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料和Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料作为HER电催化剂的应用。

技术领域

本发明属于纳米材料制备方法及电催化交叉应用领域，具体涉及一种Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，可再生能源作为化石燃料的替代品受到越来越多的重视，氢以其高能量密度和生态友好性，被视为实现可持续经济发展的理想能源载体。其中水的电解是一种高纯度、大量制氢的可行方法。然而，由于阴极存在的过电位使得电解水制氢过程中需要输入大量额外的电能，限制了电解水制氢(HER)的实际应用。作为析氢反应中最常使用的电催化剂铂(Pt)，显示出非常高的交换电流密度(J₀)和较低的Tafel斜率。然而，在碱性条件下，Pt催化剂由于很难裂解水分子，导致其要比在酸性条件下析氢效率慢很多，因此，制备出在碱性条件下具有高活性和稳定性的廉价的Pt基HER电催化剂仍具有挑战。

为了解决这一问题，需要在Pt催化剂复合一种可以裂解水分子的材料，氢氧化钴被广泛应用于这一方面，其中Co中心对水分子和OH-中间体具有优异的吸附能力，且氢中间体在Pt上吸附很强，故可以大大促进在碱性溶液中的HER动力学。其次，铌作为5d过渡金属元素，掺杂到过渡金属氢氧化物中可以有效增强其电化学活性，并且双金属氢氧化物具有两种金属的协同作用。因此，将Pt纳米颗粒负载在铌掺杂氢氧化钴上形成异质结构一方面可以降低贵金属的用量，另一方面也有望提高催化剂水分解的催化活性和稳定性。

但是，在现有技术中，铌元素在氢氧化物的掺杂、Pt与过渡金属氢氧化物结合的制备方法均较复杂，且制备过程中很难实现Pt纳米颗粒均匀负载在氢氧化物表面上。因此，现有技术中此类催化剂的制备成本高，活性和稳定性差等问题依然限制电催化制氢的发展和应用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法。

本发明提供了一种Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将钴盐、铌盐和沉淀剂混合后进行水浴加热反应，反应结束后自然冷却至室温，离心收集产物，经洗涤干燥后，得到铌掺杂的氢氧化钴纳米复合材料；

步骤S2，将所述铌掺杂的氢氧化钴纳米复合材料均匀分散在纯水中，加入铂源溶液、表面活性剂和无水乙醇，混合均匀后得到混合溶液，将所述混合溶液转移至反应釜中进行溶剂热反应，反应结束后自然冷却至室温，离心收集产物，经洗涤干燥后，得到Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料。

在本发明提供的Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，所述钴盐、所述铌盐和所述沉淀剂的纯度不低于化学纯，所述钴盐为六水合硝酸钴，所述铌盐为水合草酸铌，所述沉淀剂为氢氧化钠。

在本发明提供的Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，所述钴盐和所述铌盐的总盐浓度为50mM，所述钴盐与所述铌盐的摩尔比为6:1～15:1，所述沉淀剂的加入量为金属无机盐物质的量的1倍～5倍。

在本发明提供的Pt纳米颗粒负载铌掺杂氢氧化钴纳米复合材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，进行所述水浴加热反应的温度为80℃，反应时间为6h～10h。