一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe制造技术

本发明专利技术公开了一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe

N-doped graphitized carbon coated cose

【技术实现步骤摘要】
一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线的制备及其电催化析氧性能的应用
本专利技术涉及硒化物纳米材料领域，尤其涉及一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线的制备及其电催化析氧性能的应用。
技术介绍
推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系符合我国重大战略需求。世界能源消耗主要是不可再生的燃烧后污染严重的化石燃料，目前利用可再生清洁能源的最主方式是发电，然而，可再生能源发电的随机性和间歇性的缺点导致其无法持续高效地提供电能。因此，开发清洁可持续的能源对未来可持续的发展起到至关重要作用。氢能由于具有高能量密度、零碳排放、可再生等优点，被认为是推动未来清洁能源结构转型的重要支柱。传统的制氢方法需要消耗巨大的常规能源，使氢能身价过高，成为典型的“贵族能”，大大限制了氢能的推广应用。电解水制氢避免了传统化石能源制氢带来的环境污染问题，是规模化绿色制氢的新途径。电解水制氢优点突出，但是，析氧反应作为电解水的半反应，由于涉及多步质子转移过程，严重限制了电解水制氢的效率。因此寻找催化性能优越的析氧催化剂，有效降低电解能耗，提高电化学效率是电解水技术的研究热点和难点。IrO2、RuO2等贵金属氧化物在电解水析氧反应中有着极高的催化效率，但其价格高昂、地球上储量少等缺点限制了其工业化规模应用，因此开发具有高效析氧活性及稳定性的非贵金属析氧电催化剂成为现阶段研究的重点。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线的制备及其电催化析氧性能的应用。该方法不仅成本低廉、绿色环保、工艺简单、快速高效而且具有显著高效的电解水析氧活性。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线的制备方法，包括以下具体步骤：步骤A、将硝酸钴、氟化氨、尿素混合在一起，并使混合后溶液中硝酸钴的浓度为0.5～2毫摩尔/升、氟化氨的浓度为1.3～5毫摩尔/升、尿素的浓度为3～13毫摩尔/升，从而得到混合反应液；步骤B、将所述混合反应液转移到高压釜中，并置于120～180℃下反应200～400分钟，从而制得Co2(OH)2CO3纳米线，离心洗涤；步骤C、待所述Co2(OH)2CO3纳米线干燥后，取20-60毫克样品置于圆底烧瓶中，加入20-50毫升无水乙醇，40-60℃油浴，搅拌下加入300-600微升氨水，反应10-20分钟后，加入100-300微升0.05-0.2摩尔/升的盐酸多巴胺（DA）水溶液，搅拌反应1-5小时，从而制得Co2(OH)2CO3@DA纳米线，离心洗涤；步骤D、待所述Co2(OH)2CO3@DA纳米线干燥后，取20-30毫克该样品置于含有硒粉的瓷舟中，再将该瓷舟置于管式炉中，并在保护气氛中以350～500℃加热0.5～2h，然后冷却到室温，从而制得N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线。优选地，瓷舟中硒粉的质量为0.05～0.2g。优选地，所述的保护气氛采用氮气。优选地，所述的洗涤溶剂采用去离子水、蒸馏水、无水乙醇中的一种或多种。将上述的N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线用作电化学分解水中的工作电极。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术提供的N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线是将水热法和高温硒化法相结合制得的，不仅具有优异的催化活性，而且稳定性好、原料易得、成本低廉、绿色环保，其制备方法工艺简单、容易操作、快速高效、对设备要求低，可实现低成本的规模化生产制备。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施案例的技术方案，下面将对实施案例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术方法所制备的Co2(OH)2CO3催化剂用JEOL-1400透射电子显微镜观察后拍摄的透射电镜（TEM）照片；图2为本专利技术方法所制备的N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线电解水催化剂用JEOL-1400透射电子显微镜观察后拍摄的透射电镜（TEM）照片；图3为参照本专利技术方法所制备的CoSe2催化剂用JEOL-1400透射电子显微镜观察后拍摄的透射电镜（TEM）照片；图4为本专利技术方法所制备的N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线电解水催化剂的X射线衍射(XRD)图；图5为本专利技术方法所制备的CoSe2催化剂的X射线衍射(XRD)图；图6是本专利技术方法所制备的N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线电解水催化剂的电解水析氧性能图。具体实施方式下面结合本专利技术实施案例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施案例仅仅是本专利技术一部分实施案例，而不是全部的实施案例。基于本专利技术的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本专利技术的保护范围。下面对本专利技术所提供的一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线的制备及其电催化析氧性能的应用进行详细描述。实施例1将1.6毫摩尔/升六水合硝酸钴、4毫摩尔/升氟化氨、10毫摩尔/升尿素混合在一起得到混合反应液，将所述混合反应液转移到高压釜中，并置于120℃下反应360分钟，从而制得Co2(OH)2CO3纳米线。实施例2取25毫克干燥后的Co2(OH)2CO3纳米线样品置于圆底烧瓶中，加入25毫升无水乙醇，50℃油浴，搅拌下加入300微升氨水，反应10-20分钟后，加入120微升0.1摩尔/升的盐酸多巴胺水溶液，搅拌反应3小时，从而制得Co2(OH)2CO3@DA纳米线。实施例3取25毫克干燥后的Co2(OH)2CO3@DA纳米线样品，将其置于含有100毫克硒粉的瓷舟中，再将该瓷舟置于管式炉中，并在保护气氛中以400℃加热90分钟，然后冷却到室温，从而制得N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线。实施例4取25毫克干燥后的Co2(OH)2CO3纳米线样品，将其置于含有100毫克硒粉的瓷舟中，再将该瓷舟置于管式炉中，并在保护气氛中以400℃加热90分钟，然后冷却到室温，从而制得CoSe2纳米线。具体的将上述的Co2(OH)2CO3纳米线、N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线、CoSe2纳米线用作电化学分解水中的工作电极。进一步地，本专利技术所提供的一种N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线至少具有以下技术效果：（1）本专利技术制备的产物为N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线，产物形貌尺寸均匀，可大规模制备易于利用；（2）本专利技术制备的N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线电解水催化剂具有优异的电解水析氧催化性能及良好的稳定性；（3）本专利技术提供的制备方法仅需实验室常用的普通设备，不需专用设备，工艺过程简单易操作，且所使用的原料丰富、无污染且价廉易得，十分适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用水热法制备N掺杂石墨化碳包覆的CoSe

【技术特征摘要】
1.利用水热法制备N掺杂石墨化碳包覆的CoSe2纳米线电解水催化剂的方法，其特征在于制备方法的步骤如下：
步骤A、将硝酸钴、氟化氨、尿素混合在一起，并使混合后溶液中硝酸钴的浓度为0.5～2毫摩尔/升、氟化氨的浓度为1.3～5毫摩尔/升、尿素的浓度为3～13毫摩尔/升，从而得到混合反应液；
步骤B、将所述混合反应液转移到高压釜中，并置于120～180℃下反应200～400分钟，从而制得Co2(OH)2CO3纳米线，离心洗涤；
步骤C、待所述Co2(OH)2CO3纳米线干燥后，取20-60毫克样品置于圆底烧瓶中，加入20-50毫升无水乙醇，40-60℃油浴，搅拌下加入300-600微升氨水，反应10-20分钟后，加入100-300微升0.05-0.2摩尔/升的盐酸多巴胺水溶液，搅拌反应1-5小时，从而制得Co2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文娟，赵子涵，孙昱杰，王晨晨，孙一强，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37