[发明专利]过渡金属磷化物多孔碳纳米片复合材料及其制备和应用

说明书

一种过渡金属磷化物/多孔碳纳米片复合材料，所述复合材料中过渡金属磷化物(Fe_xP_y，Co_xP_y，Ni_xP_y，Cu_xP_y，其中为1：4‑2：1)，过渡金属磷化物分散在多孔碳纳米片上且包覆于石墨层中，石墨层为3‑20层，所述多孔碳纳米片含有N元素，同时还含有异质元素P、S、B中的一种或两种以上。所述多孔碳纳米片中N元素的含量以及所述异质元素P、S、B中的一种或两种以上的总的质量含量分别为2％‑7％。与现有技术相比，本发明具有如下优点：制备方法简单，具有普适性可制备多种磷化物，通过投料比例和焙烧条件可得到不同x与y的比的磷化物。所得到的复合材料具有较高的比表面积和高的导电性，在电催化领域有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及涉及碳基电催化材料领域，具体涉及一种过渡金属磷化物/多孔碳纳米片复合材料及其制备方法。

背景技术

随着环境恶化及能源危机加剧，以质子交换膜燃料电池和电解水为代表的氢能经济受到广泛关注。然而因为较慢的反应动力学，电化学反应对铂存在较大依赖。然而铂资源有限且价格昂贵严重限制其发展，因此开发高效非铂电催化剂势在必行。大量研究显示过渡金属磷化物表现出与铂相当的电催化性能，然而仍然面临的暴露活性位少，电子导电率低的问题。

发明内容

本发明针对过渡金属磷化物现有技术的不足，提出了一种简单的过渡金属磷化物/多孔碳纳米片复合材料的制备方法，本发明采用以下具体方案实现的：

复合材料中包含过渡金属磷化物，过渡金属磷化物分散在多孔碳纳米片上，且过渡金属磷化物被石墨碳层包覆。

过渡金属磷化物包括Fe_xP_y，Co_xP_y，Ni_xP_y，Cu_xP_y中一种或两种以上，其中为1：4-2：1。

过渡金属磷化物颗粒直径为2nm-50nm之间

多孔的碳纳米片层的厚度为20nm-5μm，孔隙率为0.5-2cm³/g，孔径尺寸在0.5nm-20nm范围内。

多孔的碳纳米片中含有N、P元素、；所述碳纳米片层中N元素的原子百分比为1％-10％，所述元素P的原子百分比为1％-10％。

石墨包覆层为3-20层的石墨层。。

所述复合材料的制备方法，包括以下步骤，

(1)具有高温膨胀性质的前体的制备：将多元醇和无机酸搅拌均匀后并加热抽真空使其发生酯化反应，将含氨基化合物与金属盐的分散液加入所得反应产物中，再次混合均匀后加热使其发生成盐反应，得具有高温膨胀性质的碳前体；

(2)过渡金属磷化物/多孔碳纳米片复合材料的制备：将步骤(1)所得具有高温膨胀性质的前体于惰性气氛中高温碳化处理，得复合材料。

步骤(1)中所述多元醇与无机酸的物质的量的比为2：1-1：8；所述无机酸与氨基化合物的物质的量的比为5：1-1：5。

步骤(1)中所述多元醇为季戊四醇、木糖醇、山梨醇中一种或两种以上；所述无机酸为质量浓度20-85％磷酸；所述氨基化合物分散液中的溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇中一种或两种以上的混合液，氨基化合物的质量浓度为3-50％；所述氨基化合物为尿素、三聚氰胺、氰胺、氨基酸中一种或两种以上；述金属盐为氯化铁、氯化镍、氯化钴、氯化铜中一种或两种，金属盐的摩尔浓度为2mol-50mmol。

步骤(1)中所述酯化反应的条件为于70-200℃下反应0.5-5h；真空度为0.03-0.2Mpa，所述成盐反应条件为30-150℃温度下反应2-24h。