本發(fā)明屬于電化學(xué)催化劑合成領(lǐng)域，具體涉及一種帶孔納米花結(jié)構(gòu)的α-co(oh)2及其制備方法和用途。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)加速發(fā)展，對(duì)能量的需求量也在不斷增長(zhǎng)，據(jù)報(bào)道，到2050年全球?qū)δ茉吹男枨罅繉?huì)是現(xiàn)在的2倍。面對(duì)日益枯竭的不可再生的一次能源和不斷加重惡化的環(huán)境，我們有必要開(kāi)發(fā)資源豐富、環(huán)境友好，可再生的新能源。氫能是一種可再生的清潔能源，具有資源豐富、零污染、能量高、易存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)。由水分解直接得到氫氣和氧氣是最具價(jià)值的清潔能源獲取方法之一。在解決可持續(xù)發(fā)展能源的問(wèn)題上，電化學(xué)起到了一個(gè)非常重要的作用，特別是在原電池中將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。在水裂解過(guò)程中，由于氧化反應(yīng)(oer)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程慢，是整個(gè)電解水過(guò)程的決速步驟，因此研制低成本，析氧過(guò)電勢(shì)低和穩(wěn)定性好的水氧化陽(yáng)極材料，尤其是開(kāi)發(fā)分布更廣泛的非貴金屬催化劑材料顯得尤為重要。

貴金屬氧化物iro2和ruo2具有良好的析氧電催化活性，為電化學(xué)工業(yè)提供了高性能的陽(yáng)極材料。但是這些氧化物價(jià)格昂貴，在堿性介質(zhì)中耐腐蝕性差而限制了其廣泛使用。近年來(lái)，過(guò)渡金屬氧化物、氫氧化物因其資源豐富，催化性能優(yōu)良而備受人們關(guān)注。與ruo2和iro2相比，成本低廉，電催化活性?xún)?yōu)異，穩(wěn)定性好，重復(fù)性好，且制備過(guò)程簡(jiǎn)單，具有非常好的應(yīng)用前景。因此，科研工作者一直致力于合成各種過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合物作為析氧電催化材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種帶孔納米花結(jié)構(gòu)的α-co(oh)2及其制備方法和用途。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種α-co(oh)2，其特別之處在于：為帶孔納米花結(jié)構(gòu)（即由若干納米片組裝而成的納米花，納米片上分布有孔），孔徑大小為12~15nm。

制備方法：將鈷源、氧化亞銅、ctab（十六烷基三甲基溴化銨）、硫代硫酸鈉溶解于水和無(wú)水乙醇以體積比2~6∶1~3組成的混合溶劑中，超聲分散后，靜置，然后過(guò)濾，洗滌，真空干燥，即得α-co(oh)2。

本發(fā)明方法中，氧化亞銅為模板劑，可按現(xiàn)有技術(shù)合成或市購(gòu)獲得；硫代硫酸鈉為協(xié)調(diào)腐蝕劑，用來(lái)腐蝕掉氧化亞銅模板。

較好地，超聲分散30~100min，靜置10~30h。

較好地，以摩爾比計(jì)，鈷源∶氧化亞銅∶ctab∶硫代硫酸鈉=1.5~4∶1∶1.5~5∶50~80；混合溶劑的用量為溶解當(dāng)量。

較好地，所述鈷源為氯化鈷或硝酸鈷。

所述α-co(oh)2作為催化劑的用途。

優(yōu)選α-co(oh)2作為水氧化的催化劑。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.制備方法簡(jiǎn)單方便且對(duì)制備設(shè)備要求低，降低了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全隱患；鈷源為常見(jiàn)的鈷源成本低；

2.本發(fā)明α-co(oh)2的帶孔納米花結(jié)構(gòu)有益于促進(jìn)物質(zhì)傳遞及增大催化活性位；與商業(yè)ruo2催化劑相比，本發(fā)明α-co(oh)2電催化水氧化的活性和穩(wěn)定性明顯優(yōu)于ruo2，且附著于fto效果好，不脫落，具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1產(chǎn)物的xrd圖。

圖2為實(shí)施例1產(chǎn)物的tem圖。

圖3為實(shí)施例1產(chǎn)物的sem圖。

圖4為實(shí)施例1產(chǎn)物α-co(oh)2及商用ruo2在0.1mkoh溶液中的線(xiàn)性?huà)呙璺矆D。

圖5為實(shí)施例1產(chǎn)物α-co(oh)2在0.1mkoh溶液中掃描第1圈、第100圈、第500圈和第1000圈時(shí)的線(xiàn)性伏安掃描圖。

圖6為實(shí)施例1產(chǎn)物α-co(oh)2在0.1mkoh溶液中的i-t圖。

圖7為實(shí)施例1產(chǎn)物α-co(oh)2在0.1mkoh溶液中測(cè)試i-t時(shí)不同時(shí)刻的析氧照片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。

實(shí)施例1

（1）分別配置cuso4（濃度為1mol/l）、c6h12o6（濃度為2mol/l）以及naoh（濃度為2.5mol/l）溶液各50ml；將cuso4溶液加入到150ml三口反應(yīng)燒瓶?jī)?nèi)，室溫下攪拌，并緩慢加入naoh溶液，加完繼續(xù)攪拌10min，得到cu(oh)2漿料，升溫至50℃，并把加熱至50℃的c6h12o6溶液加入反應(yīng)燒瓶，恒溫反應(yīng)12min，制得cu2o漿料，抽濾，先用水洗三次，再用無(wú)水乙醇洗3次，60℃干燥，12h，得到cu2o；

（2）稱(chēng)取步驟（1）得到的cu2o100mg、六水氯化鈷300mg、ctab0.5g、五水硫代硫酸鈉9.93g于燒杯中，加入40ml蒸餾水和20ml無(wú)水乙醇，超聲50min，靜置19.5h，離心，分別用水和無(wú)水乙醇將材料洗干凈，真空60℃干燥12h，即得目標(biāo)產(chǎn)物。

產(chǎn)物的xrd測(cè)試結(jié)果如圖1所示（圖中α-co(oh)2nanoflower，代表實(shí)施例1產(chǎn)物α-co(oh)2納米花，下同），形貌觀(guān)察如圖2和圖3所示。圖1充分證明制備的產(chǎn)物確實(shí)為α-co(oh)2。由圖2和圖3可知，α-co(oh)2材料的結(jié)構(gòu)為帶孔納米花結(jié)構(gòu)（即由若干納米片組裝而成的納米花，納米片上分布有孔），孔徑大小為12~15nm。

電化學(xué)性能測(cè)試

電化學(xué)測(cè)試過(guò)程是通過(guò)工作電極、參比電極、輔助電極組成三電極系在電化學(xué)工作站(chi760e)上進(jìn)行的，測(cè)試溫度為室溫。首先，稱(chēng)取實(shí)施例1制備的目標(biāo)產(chǎn)物α-co(oh)25mg，加入1ml0.1%（重量百分?jǐn)?shù)）nafion溶液，超聲30min使其分散均勻，獲得催化劑分散液；其次，取玻碳電極(直徑3mm)用三氧化二鋁拋光，依次用稀硝酸（濃硝酸與超純水按體積比1:1混合而成）、無(wú)水乙醇和超純水清洗；然后，用移液槍移取10μl催化劑分散液于玻碳電極上面或者300μl催化劑分散液于導(dǎo)電玻璃fto上面，放在紫外燈下面烤干作為工作電極，參比電極為ag/agcl電極，輔助電極為鉑絲，最后用電化學(xué)工作站測(cè)試。電解質(zhì)溶液為0.1mkoh溶液，測(cè)試前通入氧氣直到溶液中氧氣飽和。以上實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)，以商用ruo2代替α-co(oh)2，作為對(duì)照。

圖4為取催化劑分散液10μl于玻碳電極上，烤干后在0.1mkoh電解質(zhì)溶液中測(cè)得的線(xiàn)性?huà)呙璺矆D，此圖為cv循環(huán)5圈電極活化穩(wěn)定后測(cè)得的線(xiàn)性?huà)呙璺矆D，掃描速率為5mv/s。由圖可知：在電壓相同的情況下，α-co(oh)2對(duì)應(yīng)的電流密度較商用ruo2高，證明其電化學(xué)活性?xún)?yōu)于商用ruo2。

圖5為取催化劑分散液10μl于玻碳電極上，烤干后在0.1mkoh電解質(zhì)溶液中掃描第1圈、第100圈、第500圈和第1000圈測(cè)得的線(xiàn)性伏安掃描圖，掃描速率為5mv/s，由圖可以看出：第100圈和第1000圈，電流密度下降的很少，證明α-co(oh)2的穩(wěn)定性十分好。

圖6為取該催化劑分散液300μl涂在導(dǎo)電玻璃fto上，在紫外燈下烤干后，在0.1mkoh電解質(zhì)溶液中測(cè)得的i-t圖，測(cè)試電壓為0.85v，測(cè)試時(shí)間為24h。由圖可以看出：α-co(oh)2的縱坐標(biāo)即電流密度高于ruo2，證明其穩(wěn)定性明顯優(yōu)于商用ruo2。

圖7為圖6測(cè)試α-co(oh)2的i-t過(guò)程中不同時(shí)刻的工作電極的析氧照片，可見(jiàn)氧氣析出效果挺好。