一种氟掺杂的Co3O4析氧电催化剂及其制备方法

本发明涉及导电催化材料制备领域，具体而言，涉及一种氟掺杂的co3o4析氧电催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、开发廉价高效的析氧（oer）电催化剂对发展电化学制氢、二氧化碳还原等清洁能源技术至关重要。通常情况下，以氧化铱/氧化钌(iro2/ruo2)为代表的贵金属基材料是最具活性oer催化剂。但由于价格昂贵且资源稀少，大规模部署使用这些材料难以实现。于是，许多研究人员致力于开发相对廉价易得的非贵金属电催化剂。储量丰富的过渡金属元素如钴(co)、镍(ni)、铁(fe)、锰(mn)及其衍生物被认为是较有潜力的oer催化剂。作为典型的尖晶石型氧化物，四氧化三钴（co3o4）被人们广泛关注。由于其本征活性较低，越来越多的人开始利用各种方法对其改性，以期提升其催化活性。其中异质元素的掺杂是典型的策略。异质元素掺杂能够改变co的电子结构，有利于提升催化活性。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，提供一种低成本的析氧电催化剂。

2、本发明的目的是这样实现的：一种氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，包括：将具有co3o4纳米阵列的催化剂前驱体置于等离子体设备中，加入氟源，进行等离子体处理，处理功率为300~500w，处理时间为0.5~5 min，获得氟掺杂的co3o4析氧电催化剂。

3、作为优选的实施方案，所述具有co3o4纳米阵列的催化剂前驱体的制备包括：

4、将基底材料置于钴盐、尿素、氟化铵的混合液体中进行水热反应，水热反应完成后，样品取出用清水洗净，再置于加热装置中煅烧后获得具有co3o4纳米阵列的催化剂前驱体。

5、作为优选的实施方案，所述基底材料为泡沫镍或碳布。

6、作为优选的实施方案，所述钴盐、尿素、氟化铵的质量比为1~2:1~4:1-5。

7、作为优选的实施方案，所述水热反应的温度为120~150℃，反应时间为6~15h；

8、作为优选的实施方案，所述煅烧温度为300~400℃，煅烧时间为2~4h，煅烧气氛为空气或者氩气。

9、作为优选的实施方案，当氟源为气态时，通入的气体流量控制在10~20ml/min；当氟源为固态时，先将固态氟源的置于小坩埚中，再将小坩埚置于石英管内部，所用固态氟源呈粉末状，所述固态氟源与钴盐的质量比为1~3:1~2。

10、作为优选的实施方案，所述氟源为cf4、sf6、nh4f中的任一种。

11、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂，包括生长在基底材料表面的co3o4纳米阵列和掺杂在co3o4纳米阵列上的异质元素氟。

12、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂在电解水吸氧中的应用，在10ma/cm2所需的过电位为270mv。

13、相较于现有技术本发明至少包括以下有益效果：

14、其一、本发明通过等离子体技术实现氟掺杂，可控性强，相较于煅烧法易于调控氟掺杂的含量，从而易于调控co3o4的催化效果。

15、其二、本发明通过等离子体技术实现氟掺杂，工艺简单，操作方便，并且有助于保证co3o4的纳米阵列的结构。

16、其三、本发明利用氟掺杂提升四氧化三钴的催化活性，原材料的成本低廉，可以满足商业化应用的低成本需求。并且水热法和等离子体处理的制备方法简单，可以实现大规模制备，从而满足工业化应用需求。

17、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将具有co3o4纳米阵列的催化剂前驱体置于等离子体设备中，加入氟源，进行等离子体处理，处理功率为300~500w，处理时间为0.5~5min，获得氟掺杂的co3o4析氧电催化剂。

2.根据权利要求1所述的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述具有co3o4纳米阵列的催化剂前驱体的制备包括：

3.根据权利要求2所述的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述基底材料为泡沫镍或碳布。

4.根据权利要求2所述的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述钴盐、尿素、氟化铵的质量比为1~2:1~4:1-5。

5.根据权利要求2所述的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为120~150℃，反应时间为6~15h。

6.根据权利要求2所述的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧温度为300~400℃，煅烧时间为2~4h，煅烧气氛为空气或者氩气。

7.根据权利要求2所述的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，当氟源为气态时，通入的气体流量控制在10~20ml/min；当氟源为固态时，先将固态氟源的置于小坩埚中，再将小坩埚置于石英管内部，所用固态氟源呈粉末状，所述固态氟源与钴盐的质量比为1~3:1~2。

8.根据权利要求7所述的氟掺杂的co3o4析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述氟源为cf4、sf6、nh4f中的任一种。

9.一种氟掺杂的co3o4析氧电催化剂，其特征在于，由权利要求1～8任一所述的制备方法获得，包括生长在基底材料上的co3o4纳米阵列和掺杂在co3o4纳米阵列上的异质元素氟。

10.根据权利要求9所述氟掺杂的co3o4析氧电催化剂在电解水吸氧中的应用，该电催化剂在10ma/cm2所需的过电位为270mv。

技术总结本发明涉及导电催化材料制备领域，具体涉及一种氟掺杂的Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;析氧电催化剂及其制备方法，本发明通过等离子体技术实现对四氧化三钴的氟掺杂；根据实施例的数据可知，在10 mA/cm<supgt;2</supgt;处的过电位测试中，本发明制备的氟掺杂的Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;析氧电催化剂显著高于通过煅烧法制备的电催化剂，本发明提供的电催化剂具有更高的催化活性。本发明的催化剂的原材料的成本低廉，水热法和等离子体处理的制备方法简单，可以实现大规模制备，满足工业化应用需求。技术研发人员：李晨,张永起,夏新辉受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）技术研发日：技术公布日：2024/8/20