一种交联碳纳米片负载的钴单原子的制备方法技术

本发明专利技术公开一种交联碳纳米片负载的钴单原子电催化剂的制备方法，所述方法采用氯化钴、植酸与甲壳素作为原料，经过碳化合成钴单原子负载的碳纳米片；在碱性条件下，所述电催化剂的电催化析氢过电位为70mV。化剂的电催化析氢过电位为70mV。化剂的电催化析氢过电位为70mV。

【技术实现步骤摘要】
一种交联碳纳米片负载的钴单原子的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种交联碳纳米片负载的钴单原子的制备方法。
技术背景
[0002]能源需求的持续增长和矿物燃料的快速消费有力地促进了清洁和可持续能源的发展。氢能被认为是最清洁、最有前途的可持续能源之一，是克服能源短缺挑战的关键解决方案。在现有技术中，电催化分解水制氢是大规模氢气生产中的一种有效的方法。
[0003]电解水需要用到电催化剂。从电催化剂的角度来看，贵金属Pt是电解水制氢效率最高的电催化剂。然而它的成本高、稀缺性和稳定性差，使它不能大规模地应用。因此目前的研究主要集中在开发高催化活性、稳定性好、低成本的电催化剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高催化活性、低成本的交联碳纳米片负载的钴单原子电催化剂。
[0005]所述电催化剂的制备方法包括如下步骤：将200mg甲壳素粉末分散于10ml质量浓度为50%的植酸与30ml去离子水的混合溶液中，并在高能球磨中以5000rpm的转速球磨10分钟以将其纳米化。随后，向溶液中滴加质量浓度为10%的NaOH溶液直至pH为7，离心后将得到的白色糊状物再次分散于50ml的去离子水中。将得到的溶液与20ml浓度为10mmol/L的CoCl2溶液混合，并超声处理10分钟。再次离心并用去离子水清洗，随后在
‑
50℃下冷冻干燥12小时，将得到的淡紫色粉末在通有氩气的管式炉中加热到700℃，升温速率为5℃每分钟。随后维持700℃的温度热解240分钟，并自然冷却到室温，得到所需的交联碳纳米片负载的钴单原子电催化剂。
[0006]与现有技术相比，本专利技术所述的样品具有以下的优点：制备的碳基底呈交联碳纳米片结构，具有较大的电化学活性面积，暴露更多的活性位点。同时钴单原子位点具有优秀的本征活性，在碱性条件下具有较高的析氢催化活性。
附图说明
[0007]图1是实施例和对比例样品的X射线衍射图谱。
[0008]图2是实施例样品的X射线光电子能谱。
[0009]图3是实施例样品的扫描电子显微镜与球差校正透射电子显微镜图像。
[0010]图4是实施例与各标准样品的Co k边X射线吸收延伸精细结构的傅里叶变换。
[0011]图5是实施例样品和对比例样品的线性扫描伏安法曲线。
[0012]图6是实施例样品与对比例样品的双层电容拟合图谱。
具体实施方式
[0013]以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细的描述。
[0014]所述电催化剂的制备方法包括如下步骤：所述电催化剂的制备方法包括如下步骤：将200mg甲壳素粉末分散于10ml质量浓度为50%的植酸与30ml去离子水的混合溶液中，并在高能球磨中以5000rpm的转速球磨10分钟以将其纳米化。随后，向溶液中滴加质量浓度为10%的NaOH溶液直至pH为7，离心后将得到的白色糊状物再次分散于50ml的去离子水中。将得到的溶液与20ml浓度为10mmol/L的CoCl2溶液混合，并超声处理10分钟。再次离心并用去离子水清洗，随后在
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50℃下冷冻干燥12小时，将得到的淡紫色粉末在通有氩气的管式炉中加热到700℃，升温速率为5℃每分钟。随后维持700℃的温度热解240分钟，并自然冷却到室温，得到所需的交联碳纳米片负载的钴单原子电催化剂。
[0015]为了说明实施例的技术效果，按以下步骤作了不同对比例：对比例1：将200mg甲壳素粉末分散于10ml质量浓度为50%的植酸与30ml去离子水的混合溶液中，并在高能球磨中以5000rpm的转速球磨10分钟以将其纳米化。随后，向溶液中滴加质量浓度为10%的NaOH溶液直至pH为7，离心后将得到的白色糊状物再次分散于50ml的去离子水中。将得到的溶液与20ml浓度为10mmol/L的CoCl2溶液混合，并超声处理10分钟。再次离心并用去离子水清洗，随后在
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50℃下冷冻干燥12小时，将得到的淡紫色粉末在通有氩气的管式炉中加热到600℃，升温速率为5℃每分钟。随后维持600℃的温度热解240分钟，并自然冷却到室温，得到所需的交联碳纳米片负载的钴单原子电催化剂。
[0016]对比例2：将200mg甲壳素粉末分散于10ml质量浓度为50%的植酸与30ml去离子水的混合溶液中，并在高能球磨中以5000rpm的转速球磨10分钟以将其纳米化。随后，向溶液中滴加质量浓度为10%的NaOH溶液直至pH为7，离心后将得到的白色糊状物再次分散于50ml的去离子水中。将得到的溶液与20ml浓度为10mmol/L的CoCl2溶液混合，并超声处理10分钟。再次离心并用去离子水清洗，随后在
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50℃下冷冻干燥12小时，将得到的淡紫色粉末在通有氩气的管式炉中加热到800℃，升温速率为5℃每分钟。随后维持800℃的温度热解240分钟，并自然冷却到室温，得到所需的交联碳纳米片负载的钴单原子电催化剂。
[0017]对比例3：将200mg甲壳素粉末分散于40ml与实施例中的植酸溶液pH值相同的盐酸溶液中，并在高能球磨中以5000rpm的转速球磨10分钟以将其纳米化。随后，向溶液中滴加质量浓度为10%的NaOH溶液直至pH为7，离心后将得到的白色糊状物再次分散于50ml的去离子水中。将得到的溶液与20ml浓度为10mmol/L的CoCl2溶液混合，并超声处理10分钟。再次离心并用去离子水清洗，随后在
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50℃下冷冻干燥12小时，将得到的淡紫色粉末在通有氩气的管式炉中加热到700℃，升温速率为5℃每分钟。随后维持800℃的温度热解240分钟，并自然冷却到室温。
[0018]对实施例和对比例的样品进行了表征。图1是实施例与对比例样品的XRD图谱，可以看到实施例与对比例1两组样品的XRD结果仅有23.5
°
附近代表碳纳米基底的峰包，而没有出现其他特征峰。同时，对比例2的XRD结果同时出现了Co2P（PDF#54
‑
0413）以及Co3O4（PDF#43
‑
1003）的特征峰。这说明了当退火温度达到800℃时，催化剂团聚结晶形成了Co2P以及Co3O4的晶粒。对比例3得到了碳纳米片负载的Co的氧化物（主要为Co3O4），这表明对比例2中的磷化物的磷源为植酸。此外，实施例和对比例3都是在700℃制备，区别只在于将植酸替换为了盐酸。结果却是对比例3样品出现了很强的衍射特征峰，这表明加入植酸可以有效防止在高温热解时发生Co团聚结晶，从而生成Co单原子。图2是实施例样品的X射线光电子能谱，可以看到出现了C、O、N、P、Co五种元素的特征峰，证明实施例样品含有钴元素。图3a
是实施例样品的SEM图像，可以看出样品呈交联的碳纳米片结构，同时没有出现团聚颗粒。而实施例样品的球差校正TEM图像（图3b）中可以看到纳米片上呈单原子分散的Co原子。为了进一步证明Co原子是以单原子形式存在的，对实施例样品进行了Co k边X射线吸收谱测试，图4是其延伸精细结构的傅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交联碳纳米片负载的钴单原子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将200mg甲壳素粉末分散于10ml质量浓度为50%的植酸与30ml去离子水的混合溶液中，并在高能球磨中以5000rpm的转速球磨10分钟以将其纳米化；随后，向溶液中滴加质量浓度为10%的NaOH溶液直至pH为7，离心后将得到的白色糊状物再次分散于50ml的去离子水中；将得到的溶液与20ml浓度为10mmol/L的CoCl2溶液混合，并超声处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟文武，黄於聪，王毅超，潘印，申士杰，
申请(专利权)人：台州学院，
类型：发明
国别省市：