一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法与流程

一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法与流程

本发明属于能源转换材料制备技术领域，提供了一种水分解双功能电催化剂nicop及其制备方法。

背景技术：

随着社会的发展、环境的恶化和化石能源的减少，人们迫切需要寻找一种可替代的清洁能源。氢气作为一种清洁能源，可以通过电解水获得。地球上水资源丰富，电解水制氢具有广阔的应用前景。但水电解最有效的催化剂是贵金属pt，其价格和地球储量限制了其大规模的工业应用。开发非贵金属高效水分解电催化剂成为推动电化学水分解商业化应用的关键问题。

在众多催化剂中，过渡金属磷化物是综合性能良好、应用前景广阔的水分解电催化剂，但目前报道的大多数非贵金属电催化剂的性能与贵金属基催化剂相比还存在很大差距，其主要原因是它们的优异潜力受到电导率低、活性表面积有限和长期稳定性差等因素的限制。合金化工艺是发掘非均相催化剂潜在功能，协调其表面性质，如电子结构、协同耦合效应和润湿性等，实现高效率的有效途径。例如专利申请号2.6公开了一种高效ni-mo-p/ni析氢电极的制备方法，主要是通过脉冲电沉积在预处理的镍片表面镀上p，将p掺杂到ni-mo涂层中，形成产氢能力优异、涂层均匀、结构介于晶态和非晶态之间的ni-mo-p纳米晶涂层，制备的涂层还具有良好的稳定性。 但其缺点是制备的涂层比表面积太小，导致持续性差，使用一段时间后性能会下降。专利申请号2.9公开了一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法，主要采用溶剂热合成法在泡沫镍基底上原位生长镍钌氧化物纳米棒，得到的电极比表面积大，与基底结合牢固，活性位点多，催化活性强，析氢性能优异，稳定性高，但其缺点是制备的产品毒性大，易污染。专利申请号2.2公开了一种尼科普纳米线电催化电极的制备方法，主要采用水热法在泡沫镍基底上生长尼科普盐化合物纳米线前驱体，再对其进行磷酸化，得到比表面积大，导电性好的尼科普纳米线电催化电极。 但其缺点是磷化工艺复杂且制备产品的析氢性能与贵金属pt相比还有很大差距。

此外，在水分解反应中，除了析氢反应外，还有另一半反应，即产氧反应，而该反应的发生通常需要使用RuO2、Iro2等贵金属氧化物作为催化剂，这增加了水分解技术的成本。水分解技术采用不同的阴极和阳极电催化材料，操作不便，限制了水分解技术的大规模工业应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高效水分解双功能电催化剂nicop及其制备方法。为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案如下：

（1）基材预处理

将泡沫镍用砂纸打磨后，分别用盐酸和去离子水进行超声波清洗，去除泡沫镍表面的氧化物和杂质；

(2) 水热法制备Nico盐化合物前驱体

将处理后的泡沫镍片以45°角放入含有镍离子和钴离子的水热溶液中，密封后放入高压反应器内烘烤，经洗涤、干燥后，即可得到具有高活性表面积的蓬松状纳米海藻状镍盐化合物前驱体；

所述水热溶液组合物每28-32ml去离子水包含：硝酸镍六水合物0.13-0.16g、硝酸钴六水合物0.27-0.29g、尿素0.087-0.089g；

工艺参数优化：水热温度120℃，水热时间8~24小时；

（3）尼科盐化合物前驱体的磷酸盐处理

将得到的尼科盐化合物前驱体放入热液中进行磷化处理；

磷化工艺的水热溶液组成为每28～32毫升去离子水配制2.542～2.546克次磷酸钠；

工艺参数优化：水热温度160℃，水热时间8h；

（4）干燥

将磷化处理后的样品放入烘箱内烘干，即得nicop电催化剂。

优化工艺参数：干燥温度60℃，干燥时间16h；

本发明的创新点在于：（1）调整泡沫镍基底在水热溶液中的放置角度，以45°角放置并结合水热时间调控，可形成蓬松状纳米海藻状镍/钴前驱体；（2）利用水热法可引入大量小分子磷，调节催化剂的表面结构和电子耦合效应，提高催化效率；（3）用于水分解，具有析氢、析氧双重功能。

附图的简要说明

图1为实施例1的SEM图像；(a)为实施例1的Nico盐化合物前驱体的SEM图像，(b)为该前驱体经过磷化处理后得到的NicoP电催化材料的SEM图像。

图2为实施例2的SEM图像；(a)为实施例2的Nico盐化合物前驱体的SEM图像；(b)为该前驱体经过磷化处理后得到的NicoP电催化材料的SEM图像。

图3为实施例3的SEM图；(a)为实施例3的Nicop盐化合物前驱体的SEM图，(b)为该前驱体经过磷化处理后得到的Nicop电催化材料的SEM图。

图4为各实施例的Her极化曲线；

图5显示了所有实施例的OER极化曲线；

图6显示了所有示例的阻抗谱。

详细方法

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于下述实施例。

实施例1：按照表1组成配制前驱体水热液和磷化热液，前驱体水热时间为8小时，然后按照上述工艺步骤制备试样。

表1 具体实施情况

实施例2：按照表2组成配制前驱体水热液和磷化热液，调节前驱体水热时间为16h，再按照上述工艺步骤制备试样。

表2 具体实施情况

实施例3：按照表3组成配制前驱体水热液和磷化热液，调节前驱体水热时间为24h，再按照上述工艺步骤制备试样。

表3 具体实施情况

表 4 所有示例在电流密度 -2 时的塔菲尔斜率和过电位

技术特点：

技术摘要

一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法，属于能源转换材料制备技术领域。首先，获得具有高活性表面积和合适化学组成的Ni/Co前驱体，在此基础上，以次磷酸盐为前驱体，用磷源进行磷酸化处理。研究发现，该催化剂具有高效的双功能电催化活性，在碱性条件下，产氢、产氧所需的过电位(-2)分别为27mV和144mV，性能超过大多数已报道的双功能电催化剂。同时，本发明涉及的制备工艺简单，原料丰富廉价，可替代昂贵且稀缺的贵金属基催化剂，推动电化学水分解的商业化应用。

技术研发人员：范爱玲； 杨世奇; 窦菊芳; 曹小强

受保护技术用户：北京工业大学

技术开发日：2018.05.28

技术发布日期：2018.10.16