[发明专利]一种由纳米片定向组装的Co枝晶电催化剂材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种由纳米片定向组装的Co枝晶电催化剂材料及其制备方法。其为纳米片状交错堆积的树枝状微米枝晶，微米枝晶的尺寸约5～30μm，所述的枝晶由纳米片相互堆叠组成的，所述纳米片尺寸100～300nm，厚度1～3nm。本发明提供的Co枝晶为由纳米片相互交错堆积形成的树枝状Co微晶，可提高材料活性位点的暴露比例，促进电析氢和析氧进程，具有更优异的电析氢和析氧性能；制备方法简单，无需添加模板剂。

技术领域

本发明属于无机化学合成技术领域，具体涉及一种由纳米片定向组装的Co枝晶电催化剂材料及其制备方法。

背景技术

随着能源需求与日俱增，环境日益恶化，亟待发展可持续、无化石燃料；电解水产氢受到国内外电催化界的极大关注。虽然Pt基催化剂具有优良的电解水产氢性能；但是Pt在地球中的含量稀少，价格昂贵，限制了Pt基催化材料的实际应用。对于过渡金属Co等非Pt材料，其储量丰富，价格便宜，具有良好的电析氢和析氧性能；因此，Co类过渡金属被广大学者研究。由于Co纳米颗粒容易团聚，不能稳定存在；块状Co催化剂材料表面积低，活性位点暴露不足，导致催化活性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由纳米片定向组装的Co枝晶电催化剂材料及其制备方法，本发明提供的Co枝晶为由纳米片相互交错堆积形成的树枝状Co微晶，可提高材料活性位点的暴露比例，促进电析氢和析氧进程，具有更优异的电析氢和析氧性能；制备方法简单，无需添加模板剂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种由纳米片定向组装的Co枝晶电催化剂材料，为纳米片状交错堆积的树枝状微米枝晶，微米枝晶的尺寸约5～30μm，所述的枝晶由纳米片相互堆叠组成的，所述纳米片尺寸100～300nm，厚度1～3nm。

提供一种由纳米片定向组装的Co枝晶电催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置六水合氯化钴溶液；

(2)在步骤(1)得到的六水合氯化钴溶液中，加入氢氧化钠，搅拌获得均一溶液后再加入水合肼，搅拌至溶液均一；

(3)将制备好的溶液倒入干净的反应釜中，150～200℃水热反应。

按上述方案，所述的六水合氯化钴溶液的浓度为0.15～0.747mol/L。

按上述方案，水热反应体系中氢氧化钠的浓度分别为0.694～2mol/L。

按上述方案，水热反应体系中水合肼的浓度为1.5～3.775mol/L。

按上述方案，所述的水热反应时间为0.5～2小时。

上述由纳米片定向组装的Co枝晶电催化剂材料作为电化学析氢催化剂或电化学析氧催化剂的应用。

本发明的有益效果：

本发明首先通过将适量的氢氧化钠加入到六水合氯化钴水溶液中，控制体系中氢氧化钠的浓度形成氢氧化钴片状结构；然后加入一定水合肼用量，经水热反应，并控制水热温度和水热时间，通过氢氧化钴的还原速度和溶解速度的平衡，最终可形成具有分形特点的纳米片相互交错堆积的Co树枝状微晶，具有结构稳定性。本发明获得的纳米片相互交错堆积的Co树枝状晶体可提高材料活性位点的暴露比例，促进电析氢和析氧进程，具有更优异的电析氢和析氧性能，为通常Co金属材料的结构和应用范围的拓展提供了新思路；且无需添加模板剂，制备工艺简单。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例1中制得纳米片相互交错堆积的Co树枝状晶体的XRD图。

图2是本发明实施例1中制得纳米片相互交错堆积的Co树枝状晶体的SEM图。