氢氧化钴在电催化领域的应用

氢氧化钴是一种无机化合物，为玫瑰红色单斜或四方晶系结晶体，不溶于水，溶于酸和铵盐溶液中。用于制钴盐原料，作涂料及清漆的干燥剂、蓄电池的饱和液、玻搪工业用作着色剂等。本文将介绍其在电催化领域的用途。

电催化析氢

氢气是一种重要的绿色能源，而电解水是制备高纯度氢气的重要方法之一。但是目前的电解水制备氢气的方法由于高的过电位而使得能量转化效率较低。使用贵金属作为电化学催化剂可以降低过电位从而提高能量的转化效率，但是贵金属高昂的价格导致其应用受到局限。非贵金属催化剂是当前研究热点，但是非贵金属催化剂的催化活性大多较差，特别是在当前通用的碱性体系中。因此制备出一种具有高活性的非贵金属电解水析氢催化剂是关键。

中山大学李高仁教授指导的研究生冯锦先等同学^[1]使用电化学方法成功设计并制备了一种负载在多孔泡沫镍(NF)基底上的氢氧化钴-聚苯胺核-壳复合纳米片阵列(Co(OH)2@PANI HNSs/NF)作为电解水装置的阴极析氢电催化剂，并在碱性体系中研究了它的电化学析氢性能。

研究结果表明Co(OH)₂@PANI HNSs/NF催化剂具有良好的电化学活性(过电位50 mV, 100 mA/cm²，过电位250 mV)并且在工作较长时间都能够保持电化学活性(100 mA/cm²下经历100000秒无衰减)。XPS、红外拉曼实验和DFT计算表明Co(OH)₂和PANI具备协同催化作用，该协同作用影响催化剂的表面电荷分布，降低催化剂对氢析出反应的能垒从而促进催化作用。

电催化水氧化

Robab Mehmood 等人^[2]报道了一锅法制备石墨烯 - 氢氧化钴纳米片（Co / G NSs）及其作为水氧化的有效电催化剂的用途。通过超声处理石墨的机械剥离产生石墨烯片，其通过阳离子表面活性剂（CTAB）的表面吸附而稳定。在随后的步骤中，加入不同量的钴络合物[六硝基钴酸钠（III）]，其选择性地与带正电荷的表面活性剂头结合。在最后一步中，用硼氢化钠还原钴络合物，得到Co / G NSs催化剂。与基准催化剂相比，催化剂显示出较低的过电位（280mV），并且氧析出反应（OER）具有良好的稳定性和转换频率（TOF：0.089s^-1）。

参考文献

[1] Co(OH)2@PANI Hybrid Nanosheets with 3D Networks as High-Performance Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction. doi:10.1002/adma.201503187

[2] One-pot synthesis of graphene- cobalt hydroxide composite nanosheets (Co/G NSs) for electrocatalytic water oxidation. doi:10.1038/s41598-018-32177-9