一種鋅摻雜硒化鈷納米片材料及其制備方法與應(yīng)用

本發(fā)明屬于納米材料，具體涉及一種鋅摻雜硒化鈷納米片材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氫氣作為一種高能量密度、零碳排放的清潔能源載體，被認(rèn)為是最有希望改變當(dāng)前以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)的二次能源載體。水電解制氫因其產(chǎn)品純度高而被認(rèn)為是一種可再生的環(huán)保制氫技術(shù)，然而陽極緩慢的析氧反應(yīng)(oer)限制了其實(shí)際應(yīng)用。

2、某些可溶性小分子(如醇、醛和碳水化合物等)氧化反應(yīng)，具有相對(duì)較低的理論氧化電位，可作為oer的替代反應(yīng)，降低水電解制氫過程中所需的能耗。葡萄糖是一種重要的單糖，是儲(chǔ)量最豐富的生物質(zhì)衍生化學(xué)品之一，通常作為生物質(zhì)廢棄物存在于制糖、制漿和造紙等工業(yè)中，成本低廉。此外，葡萄糖已被廣泛用作合成葡萄糖酸鹽的前體，是食品、制藥等行業(yè)的重要中間體。葡萄糖酸鹽的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝受反應(yīng)速率慢、產(chǎn)物分離困難等問題的限制。因此，用葡萄糖氧化反應(yīng)(gor)代替oer為電化學(xué)制氫和葡萄糖酸鹽的生產(chǎn)提供了一種極具應(yīng)用前景的策略。

3、申請(qǐng)?zhí)枮?02010511821.7的中國發(fā)明專利公開了負(fù)載一種或多種貴金屬的氫氧化鈷復(fù)合納米電催化劑，解決了目前用于葡萄糖等小分子氧化的電催化劑催化活性較低的問題，然而，該催化劑制備過程需要用到貴金屬材料，成本較高，而氫氧化鈷作為貴金屬的載體，成本低廉，但其gor催化活性較低，難以在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中采用氫氧化鈷納米材料電催化氧化葡萄糖存在的不足，提供一種鋅摻雜硒化鈷納米片材料及其制備方法。

2、一種鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，包括以下步驟：

3、(1)將鈷源、鋅源和有機(jī)配體溶于去離子水中，得到混合溶液，將混合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，結(jié)束后離心，取固體產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、干燥，得到zn-co(oh)2前驅(qū)物；

4、(2)將zn-co(oh)2前驅(qū)物、硒源和還原劑加入到去離子水中，攪拌至完全溶解，得到混合液，將混合液進(jìn)行水熱反應(yīng)，結(jié)束后離心取固體產(chǎn)物，最后洗滌、干燥，得到鋅摻雜硒化鈷納米片材料。

5、進(jìn)一步，步驟(1)中，所述鈷源為硝酸鈷或氯化鈷；所述鋅源為硝酸鋅或氯化鋅；所述有機(jī)配體為六亞甲基四胺。

6、進(jìn)一步，步驟(1)中，所述混合溶液中，鈷源的濃度為0.1mol～0.3mol/l，鋅源的濃度為0.01～0.03mol/l，有機(jī)配體的濃度為0.1mol～0.3mol/l。

7、進(jìn)一步，步驟(1)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為80℃～120℃，時(shí)間為6～12h。

8、進(jìn)一步，步驟(2)中，所述硒源為硒粉或亞硒酸鈉。

9、進(jìn)一步，步驟(2)中，所述還原劑為水合肼或硼氫化鈉。

10、進(jìn)一步，步驟(2)中，所述混合液中，前驅(qū)物的濃度為0.01～0.03mol/l，硒源的濃度為0.04～0.1mol/l，還原劑的濃度為1mol～2mol/l。

11、進(jìn)一步，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為160℃～200℃，時(shí)間為9～15h。

12、采用上述方法制備得到的鋅摻雜硒化鈷納米片材料。

13、上述方法制備的鋅摻雜硒化鈷納米片材料作為電催化劑在電催化氧化葡萄糖制氫中的應(yīng)用。

14、本發(fā)明的有益效果：

15、1)本發(fā)明公開了一種鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，制得的鋅摻雜硒化鈷納米片材料尺寸均一，分布均勻且組分可控，尺寸約為35nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，工藝條件易于控制，無需使用貴金屬材料，成本低廉。

16、2)本發(fā)明制得的zn-cose納米片材料在葡萄糖電催化氧化中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。在三電極體系下作為陽極進(jìn)行g(shù)or測(cè)試，電流密度達(dá)到10ma?cm-2時(shí)所需電位為1.24vvs.rhe，超越了大部分過渡金屬基催化劑；與pt/c組成兩電極體系時(shí)，在堿性條件電催化氧化葡萄糖，與傳統(tǒng)不含葡萄糖的電解系統(tǒng)相比，電流密度達(dá)到10macm-2時(shí)所需輸入電壓降低了約370mv，顯著降低了電解槽的能耗。同時(shí)，在陽極產(chǎn)生了葡萄糖酸等具有高附加值氧化產(chǎn)物，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。

17、3)本發(fā)明通過先硒化，后摻雜的方法，分兩步大幅提升了原始co(oh)2的gor性能。eis分析表明硒化步驟大幅提升了催化劑的電荷轉(zhuǎn)移速度，而zn摻雜調(diào)控了co的電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了反應(yīng)中間體的吸附能。由于兩者的協(xié)同作用，相比于原始co(oh)2，優(yōu)化后的zn-cose在gor中電流密度達(dá)到10macm-2時(shí)所需電位降低了約310mv，具有明確的構(gòu)-效關(guān)系，為高性能gor催化劑的設(shè)計(jì)提供新的思路。

技術(shù)特征：

1.一種鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鈷源為硝酸鈷或氯化鈷；所述鋅源為硝酸鋅或氯化鋅；所述有機(jī)配體為六亞甲基四胺。

3.如權(quán)利要求1所述鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述混合溶液中，鈷源的濃度為0.1mol～0.3mol/l，鋅源的濃度為0.01～0.03mol/l，有機(jī)配體的濃度為0.1mol～0.3mol/l。

4.如權(quán)利要求1所述鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為80℃～120℃，時(shí)間為6～12h。

5.如權(quán)利要求1所述鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述硒源為硒粉或亞硒酸鈉。

6.如權(quán)利要求1所述鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述還原劑為水合肼或硼氫化鈉。

7.如權(quán)利要求1所述鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述混合液中，前驅(qū)物的濃度為0.01～0.03mol/l，硒源的濃度為0.04～0.1mol/l，還原劑的濃度為1mol～2mol/l。

8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為160℃～200℃，時(shí)間為9～15h。

9.采用權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述方法制備得到的鋅摻雜硒化鈷納米片材料。

10.權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述方法制備得到的鋅摻雜硒化鈷納米片材料作為電催化劑在電催化氧化葡萄糖制氫中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鋅摻雜硒化鈷納米片材料的制備方法，將鈷源、鋅源和有機(jī)配體溶于去離子水中，將混合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，結(jié)束后離心，取固體產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、干燥，得到Zn?Co(OH)<subgt;2</subgt;前驅(qū)物，將其和硒源和還原劑加入到去離子水中，攪拌溶解后得到混合液，水熱反應(yīng)后離心取固體產(chǎn)物，洗滌、干燥，即得。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備成本低廉，工藝條件易于控制，得到的納米片尺寸形貌均一，該納米片材料在葡萄糖電催化氧化中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，在三電極體系下作為陽極進(jìn)行GOR測(cè)試，電流密度達(dá)到10mAcm<supgt;?2</supgt;時(shí)所需電位為1.24V?vs.RHE，超越了大部分過渡金屬基催化劑，為高性能GOR催化劑的設(shè)計(jì)提供新的思路。

技術(shù)研發(fā)人員：周敏,李崇志,沈立豐,陸飛,徐峰,曾祥華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：揚(yáng)州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/17