一种钴钼氮化物电催化剂及其制备方法和应用

本申请涉及电催化剂，尤其涉及一种钴钼氮化物电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电解水催化制氢是一种很有发展前景的氢能源生成技术，其由析氢反应和析氧反应组成，其中，析氢反应的效率在很大程度上取决于析氢电催化剂的选择，只有利用价格低廉且催化性能优异的析氢电催化剂才能实现高效地电解水制氢。因此，开发廉价高效的非贵金属析氢电催化剂至关重要。

2、目前，对于廉价非贵金属析氢电催化剂的研究主要集中在设计多元过渡金属基化合物，如镍钼氮化物、镍钼合金、钴钼氮化物和钴钼合金等。其中，制备钴钼氮化物主要是通过水热法合成纳米钴钼氧化物前驱物后，经高温氮化还原获得。

3、然而，基于水热法制备钴钼氮化物电催化剂在生产中存在如下缺点：一是水热法依赖高温高压，生产条件苛刻且设备成本高；二是经水热法合成的纳米钴钼氧化物前驱物经高温氮化还原后仍呈现纳米片状结构，导致基底面积上的钴钼氮化物的负载量较低，限制钴钼氮化物电催化剂的催化活性。

技术实现思路

1、本申请通过提供一种钴钼氮化物电催化剂及其制备方法和应用，有效解决基于水热法制备钴钼氮化物电催化剂存在的生产条件苛刻、成本高以及制备的钴钼氮化物电催化剂的催化活性不佳的技术问题。

2、为了实现上述目的，本申请实施例的技术方案是：

3、本申请的第一方面提供一种钴钼氮化物电催化剂的制备方法，包括：

4、经电沉积法制备微米片状氢氧化钴；

5、将钼源负载于所述微米片状氢氧化钴表面后，依次进行高温氧化和氮化还原处理，得到钴钼氮化物电催化剂。

6、在一些实施方案中，所述经电沉积法制备微米片状氢氧化钴包括：

7、提供含有钴源和氯化铵的水溶液；

8、在两电极体系中，分别以导电基底为工作电极，和，以所述含有钴源和氯化铵的水溶液为电解液，进行直流电沉积，获得微米片状氢氧化钴。

9、在一些实施方案中，所述含有钴源和氯化铵的水溶液包括：

10、0.01～0.06mol/l钴离子和0.05～0.3mol/l氯化铵，并且钴离子和氯化铵的摩尔浓度比1:5。

11、在一些实施方案中，所述进行直流电沉积依次包括：

12、在-1ma·cm-2的恒电流密度下电沉积1h；和，在-1～-10ma·cm-2的恒电流密度下电沉积3h。

13、在一些实施方案中，所述钼源包括：

14、0.05～0.3mol/l钼酸铵乙二醇溶液。

15、在一些实施方案中，所述钼源负载于所述微米片状氢氧化钴表面时，钼源的负载量为200μl/cm2。

16、在一些实施方案中，所述高温氧化的温度为500～600℃，时间为2～5h。

17、在一些实施方案中，所述氮化还原处理包括：

18、在氨气气氛中进行高温处理；其中，氨气流速为150sccm，温度为400℃，时间为2h。

19、本申请的第二方面提供了第一方面所述制备方法制备的钴钼氮化物电催化剂。

20、本申请的第三方面提供了第二方面所述钴钼氮化物电催化剂用于析氢反应中的应用。

21、与现有技术相比，本申请实施例的有限或有益效果至少包括：

22、本申请提供的制备方法通过电沉积法制备微米片状氢氧化钴作为钴源和微米片状骨架后，引入钼源进行高温氧化共组装并氮化还原，从而保证了钴与钼两相充分接触的同时保持微米片状骨架结构，一方面有利于提升钴钼氮化物在基底面积上的负载量，使得催化活性位点数量大幅增加，实现析氢催化活性的明显提高；另一方面能够有效增大氮化钴和氮化钼的两相接触界面，使氮化钴与氮化钼两相产生更充分的协同作用，进一步加速析氢反应动力学，表现出更优异的析氢催化活性；第三方面，本申请制备方法的生产条件温和、效率高且成本低，保证了钴钼氮化物电催化剂的高效低成本生产，适于大规模商业化生产应用。

技术特征：

1.一种钴钼氮化物电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述经电沉积法制备微米片状氢氧化钴包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含有钴源和氯化铵的水溶液包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述进行直流电沉积依次包括：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钼源包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钼源负载于所述微米片状氢氧化钴表面时，钼源的负载量为200μl/cm2。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温氧化的温度为500～600℃，时间为2～5h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮化还原处理包括：

9.一种根据权利要求1～5任一所述方法制备的钴钼氮化物电催化剂。

10.根据权利要求9所述的钴钼氮化物电催化剂用于析氢反应中的应用。

技术总结本申请公开了一种钴钼氮化物电催化剂及其制备方法和应用，涉及电催化剂领域。本申请制备方法包括：经电沉积法制备微米片状氢氧化钴，并在微米片状氢氧化钴表面负载钼源后，进行高温氧化和氮化还原处理，得到钴钼氮化物电催化剂。本申请制备方法能够保证钴与钼两相充分接触并提供微米片状骨架结构，一方面可以有效提升钴钼氮化物在单位基底面积的负载量，使催化活性位点数量大幅增加，实现催化活性的明显提升，另一方面可有效增大氮化钴和氮化钼的两相接触界面，使氮化钴和氮化钼两相产生更充分的协同作用，进一步加速析氢反应动力学，表现出更优异的催化活性；此外，本申请制备方法具有生产条件温和、效率高且成本低等优点，可保证钴钼氮化物电催化剂的高效低成本生产。技术研发人员：陈闪山,李灿,张雅婷受保护的技术使用者：南开大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9