[发明专利]低共熔型离子液体中电沉积制备自支撑型纳米钴基双金属磷化物催化析氢电极材料的方法

说明书

本发明涉及一种低共熔型离子液体中电沉积制备自支撑型纳米钴基双金属磷化物催化析氢电极材料的方法，属于材料制备技术领域。首先将钴盐前驱体、金属掺杂盐前驱体及磷盐前驱体加入到低共熔型离子液体中制备得到电解体系，以包括铜、镍、钛、铁或导电玻璃的基体作为阴极，在温度为353K以下进行电化学可控沉积制备纳米钴基双金属磷化物薄膜催化析氢电极材料。本发明是基于低共熔型离子液体为电解质，用电化学沉积的方法制备自支撑型钴基双金属磷化物催化电极材料，该钴基双金属磷化物电极材料具有优异的催化析氢活性且适用于pH为0‑14的宽酸碱性溶液及海水介质；该制备方法具备可控、反应条件温和、廉价等优势。

技术领域

本发明涉及一种低共熔型离子液体中电沉积制备自支撑型纳米钴基双金属磷化物催化析氢电极材料的方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

钴及钴基材料作为廉价催化剂被广泛应用于光电催化氢反应中，例如单质钴、氧化钴、硫化钴、氢氧化钴等，但这些催化材料的制氢效率与贵金属Pt相比还有很大差距。研究发现，钴的磷化物具有良好的金属导电性和“富集效应”，在电催化裂解水制氢中展现出极大的应用潜力。其中，带负电的“p”作为质子接受者可以弱化钴-氢键的结合力，从而促进氢的脱附，降低反应能耗，是替代贵金属催化剂的理想电极材料。

目前，纳米钴基磷化物电极材料的制备方法主要包括有机磷热分解合成、高温磷化、磷酸盐还原、水/溶剂热和电化学沉积等。较之前几种方法，电沉积提供了一种合金成分、微观结构可控的金属磷化物合成途径，兼具操作温度低、制备流程短、可规模化等优点。然而，传统水溶液体系电沉积制备钴基磷化物，受析氢副反应的干扰，沉积薄膜产物往往结构疏松、易脱落、催化稳定性差。寻求一种不受质子干扰、电化学窗口宽、化学热稳定性高的新型溶剂体系用于金属磷化物催化电极材料的直接电沉积制备，可有效避免传统制备方法及水溶液体系电沉积的缺陷，为电化学可控合成高催化性能金属磷化物提供新方法。本发明提出一种低共熔型离子液体直接电沉积制备钴基双金属磷化物催化析氢电极材料的新方法，不涉及添加缓冲剂的使用，具有条件温和，操作简单，易于控制，产品质量好等优点。

本发明所选用的低共熔型离子液体具有可降解，环境友好，易于合成，利用率高，价格低廉，熔点低，导电性能好，蒸汽压低，电化学窗口宽，室温下为液态物理化学性质稳定等优点。低共熔型离子液体是由季铵盐类和氢键按一定比例合成的一种室温下为液体的低共熔混合物。由于传统方法在技术上存在温度高，消耗高，可控难度大，效率低，毒性大等一系列的问题，低共熔型离子液体制备纳米钴基合金材料方面则显示出其优越性，操作可以达到材料制备程度可控。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种低共熔型离子液体中电沉积制备自支撑型纳米钴基双金属磷化物催化析氢电极材料的方法。本发明是基于低共熔型离子液体为电解质，用电化学沉积的方法制备自支撑型钴基双金属磷化物催化电极材料，该钴基双金属磷化物电极材料具有优异的催化析氢活性且适用于pH为0-14的宽酸碱性溶液及海水介质；该制备方法具备可控、反应条件温和、廉价等优势。本发明通过以下技术方案实现。

一种低共熔型离子液体中电沉积制备自支撑型纳米钴基双金属磷化物催化析氢电极材料的方法，其步骤包括：首先将钴盐前驱体、金属掺杂盐前驱体及磷盐前驱体加入到低共熔型离子液体中制备得到电解体系，以包括铜、镍、钛、铁或导电玻璃的基体作为阴极，在温度为353K以下进行电化学可控沉积制备纳米钴基双金属磷化物薄膜催化析氢电极材料。

其具体步骤如下：

步骤1、电解体系的配置：选取低共熔型离子液体为溶剂，向低共熔型离子液体中加入钴盐前驱体、掺杂金属盐前驱体和磷前驱体混合均匀，得到离子液体-钴基双金属盐-磷盐复合电解体系；

步骤2、基体预处理：基体包括铜、镍、钛、铁或导电玻璃，基体依次用稀盐酸浸泡、无水乙醇浸泡、稀盐酸浸泡、去离子水冲洗对基体表面进行清洁处理；