[发明专利]NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂及其制备和用途有效

专利信息
申请号: 201710414816.2 申请日: 2017-06-05
公开(公告)号: CN107376958B 公开(公告)日: 2020-07-10
发明(设计)人: 孙向南;祝向伟;王洁洁;张瑞 申请(专利权)人: 国家纳米科学中心
主分类号: B01J27/185 分类号: B01J27/185;C25B1/04;C25B11/06
代理公司: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 王文君
地址: 100190 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: nifep 功能 过渡 金属 磷化 催化剂 及其 制备 用途
【说明书】:

发明提供一种NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂,所述NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂具有纳米片结构,纳米片的长度为2~5m,厚度为100~200nm。本发明还提出所述NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂的制备方法和用途。本发明提供的NiFeP双功能性过渡金属磷化物催化剂,其微观结构是具有较大比表面积的纳米片,作为水分解电催化剂,其具有更好的催化性能。本发明提出的制备方法,以镍铁化合物、氟化铵和尿素为原料,在基底保温生长NiFe‑LDH纳米片,通过低温磷化,得到NiFeP过渡金属磷化物纳米片。上述操作简单,生产成本低廉,所制备的磷化物催化剂应用在碱性环境下全水解中,具有优异的全水解催化性能。

技术领域

本发明属于电化学领域,具体涉及一种用于电催化分解水的催化剂、及其制备。

背景技术

近年来,资源短缺和环境污染成为全球面临的两大危机。因此,为了实现人类的可持续发展,开发绿色清洁的可再生能源成为人们迫切需要解决的难题。氢能作为一种清洁、可再生、环境友好、无污染的新能源,引起人们的重视。氢能作为一种全天候的资源可通过电解水制取,而地球上的水资源极其丰富,以水制氢有着无可比拟的巨大优势和广阔的应用前景。

目前,最常用的析氢催化剂依然是铂系贵金属,最常见的析氧催化剂则依赖于氧化铱、氧化钌。铂、铱、钌均属于贵金属且在地球上的储量小,不利于其在工业上的推广应用,因此,发展地球含量丰富的非贵金属催化剂势在必行。此前,人们发现过渡金属碳化物、氮化物、硫化物、磷化物等对析氢反应(HER)和析氧反应(OER)都具有很好的催化作用。目前大多数报道的过渡金属析氢催化剂都是在强酸下才具有较强的催化活性,而析氧催化剂只能在碱性条件下稳定存在。因此,如何制备出在碱性环境下具有高催化性能、特别是兼具析氢和析氧双功能性的过渡金属催化剂现在依然是电催化领域的一个亟待解决的难题。目前报道的一些用于碱性环境全水解的三元双功能性磷化物催化剂,其电流密度大都在1.6伏电压下才能达10毫安/厘米2,催化电解水的效率尚不能满足经济发展的需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足之处,提供一种NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂,在碱性电催化析氢、碱性电催化析氧和全水解中表现出优异的催化性能。

本发明的第二个目的是提出所述NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂的制备。

本发明的第三个目的是提出NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂的用途。

实现本发明上述目的的技术方案为:

一种NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂,所述NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂具有纳米片结构,所述纳米片的长度为2~5m,厚度为100~200nm。

其中,所述NiFeP双功能过渡金属磷化物的化学式为Ni(2-x)FexP,其中x=0.2~0.8。

一种NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂的制备方法,包括步骤:

1)将镍盐和铁盐、尿素和氟化铵溶于去离子水中,得到混合溶液;

2)将导电基底浸入到步骤1)所得混合溶液中保温得到表面生长有NiFe-LDH纳米片的基底;

3)将次亚磷酸钠和步骤2)得到的基底在惰性气体保护下煅烧,煅烧的温度为280~350℃,得到NiFeP过渡金属磷化物纳米片。

其中,所述的镍盐和铁盐、次亚磷酸钠均可以是其水合物。

其中,所述镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或多种,所述铁盐为硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁的一种或多种,镍盐和铁盐的摩尔比例为(0.5~2):1。

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