?二硒化鈷電催化劑的制備及氧還原性能測(cè)試

背景介紹具有高附加值的綠色環(huán)保型氧化劑—過(guò)氧化氫的需求日益增加，急需發(fā)展綠色且安全的H2O2合成新方法。兩電子氧還原反應(yīng)是一種制備H2O2的高效方法，其中催化劑的高效率和高選擇性是兩電子氧還原反應(yīng)的關(guān)鍵。過(guò)渡金屬化合物催化劑因獨(dú)特的各向異性結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于氧還原反應(yīng)。其中，CoSe2可以通過(guò)晶格陰離子來(lái)分離活性金屬位點(diǎn)，抑制O-O鍵的斷裂來(lái)抑制四電子氧還原反應(yīng)，從而提升兩電子氧還原反應(yīng)選擇性。同時(shí)，調(diào)控CoSe2的晶型可以實(shí)現(xiàn)其電催化活性與穩(wěn)定性的提升。文章亮點(diǎn)1.

報(bào)道了一種簡(jiǎn)便的兩電子氧還原電催化劑合成方法，即通過(guò)固相反應(yīng)制備CoSe2電催化劑；2.

該CoSe2電催化劑主要晶型為c-CoSe2，該晶型的形成有助于在堿性條件下電催化合成H2O2，選擇性超過(guò)80%，穩(wěn)定性良好；3.為過(guò)渡金屬化合物電催化劑的制備提供了一種新的思路，也為兩電子氧還原反應(yīng)的研究和應(yīng)用提供了指導(dǎo)。內(nèi)容介紹1

實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實(shí)驗(yàn)方法1.2.1

鈷納米粒子的制備稱取4.0g（0.17mol）六水合氯化鈷溶解于15mL

乙醇中得到溶液A，將4.8mL（80wt％）水合肼與10.0gNaOH溶解于20mL去離子水中得到溶液B。將溶液A慢慢滴加到25℃下超聲的溶液B中，10min內(nèi)滴加結(jié)束，繼續(xù)超聲直至溶液B不再產(chǎn)生氣泡。將產(chǎn)生的黑色沉淀用乙醇洗滌3次，得到鈷納米粒子，在裝有乙醇的玻璃瓶中密封保存。2

結(jié)果與討論2.1

形貌表征采用固相反應(yīng)法制備了不同退火溫度下的CoSe2樣品，對(duì)CoSe2-800，CoSe2-700和CoSe2-600進(jìn)行掃描電鏡觀察（圖1）。a.CoSe2-600，c.CoSe2-700，e.

CoSe2-800，b，d和f分別是a，c和e的放大圖圖1

CoSe2-600，CoSe2-700和CoSe2-800的SEM圖Fig.1

SEMimagesof

CoSe2-600，CoSe2-700and

CoSe2-8002.2

結(jié)構(gòu)表征不同退火溫度下制備的CoSe2化合物樣品的XRD圖譜和CoSe2的XRD標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片如圖2所示。圖2

CoSe2-600，CoSe2-700和CoSe2-800的XRD圖譜Fig.2

XRDpatternsof

CoSe2-600，CoSe2-700

and

CoSe2-800圖3是3種不同退火溫度下制備的CoSe2樣品的拉曼圖譜，3種樣品均在179、189cm-1處出現(xiàn)兩個(gè)峰，分別對(duì)應(yīng)于c-CoSe2與o-CoSe2晶型中存在的不同

Se—Se

拉伸模式振動(dòng)，證明了所制備的CoSe2是多晶型CoSe2催化劑。圖3

CoSe2-600，CoSe2-700和CoSe2-800的拉曼光譜Fig.3

XRamanspectraof

CoSe2-600，CoSe2-700

and

CoSe2-800為了進(jìn)一步探究產(chǎn)物的的化學(xué)組成和表面結(jié)構(gòu)，通過(guò)X射線光電子能譜儀器測(cè)試了3種不同退火溫度下制備的CoSe2樣品的XPS譜圖。a.XPS總譜；b.Co2pXPS圖譜；c.Se3dXPS圖譜；d.

CoSe2-700Co2p

分峰曲線；e.

CoSe2-700Se3d

分峰曲線圖4

催化劑CoSe2的XPS圖譜Fig.4

XPSspectraofcatalyst

CoSe22.3

氧還原性能測(cè)試按照1.2中方法制備催化劑的漿料，并在所配置的堿性電解液中進(jìn)行氧還原測(cè)試，首先進(jìn)行循環(huán)伏安（CV）測(cè)試，測(cè)試范圍是0~1.1Vvs.RHE，掃速為100mV/s，掃10圈使CV曲線穩(wěn)定。a.不同退火溫度的CoSe2

LSV曲線；b.

H2O2

選擇性圖譜；c.

轉(zhuǎn)移電子數(shù)圖譜；d.EIS圖譜圖5

不同退火溫度的ORR性能曲線Fig.5

ORRperformancecurvesof

CoSe2

atdifferentannealingtemperatures3

結(jié)論本文借助多種表征方法與電化學(xué)氧還原測(cè)試對(duì)比了不同退火溫度下制備的CoSe2的電催化性能，結(jié)果顯示最佳的退火溫度為700℃。通過(guò)XRD與拉曼光譜測(cè)試證明所制備CoSe2為多晶型結(jié)構(gòu)，主要成分為c-CoSe2，該晶型的形成有助于在堿性條件下電催化合成H2O2。氧還原測(cè)試顯示CoSe2催化劑可以在0V（相對(duì)于RHE）達(dá)到2.0mA/cm的環(huán)電流密度，以及80%的H2O2