[发明专利]Ni2

说明书

本发明属于析氢复合材料，将多糖和石墨烯结合起来，利用多糖和金属离子的鳌合作用形成水凝胶，然后冷冻干燥形成气凝胶，进一步磷化形成Ni₂P@C/石墨烯气凝胶高效析氢复合材料，用于酸性条件下高效析氢。本发明的优点在于绿色环保，成本低，制备工艺简便，制得的催化剂易于大规模工业化生产并具备优异的电催化活性及良好的析氢稳定性。多糖碳化形成的碳气凝胶，具有发达的网状结构，极大的增大了催化剂的比表面积，气凝胶的孔洞结构对Ni₂P纳米粒的固定及分散起到了很好的作用，同时也极大的提高了电子迁移速率，能够显著提高Ni₂P的电化学析氢性能。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及了碳壳包裹的Ni₂P纳米粒子镶嵌石墨烯气凝胶高效析氢复合材料及制备方法及其析氢性能的研究。

背景技术

近些年，环境污染和能源危机问题日益严重，当前开发环保生产工艺和利用清洁有效的能源是解决目前危机的重要挑战之一。从能源清洁及可循环的角度考虑，氢气作为一种能源，具有资源丰富，热值高，环保无污染，利用形式多样等特点，已被普遍认为是一种理想的可替代化石燃料的新能源，有着无可比拟的巨大优势和无限广阔的应用前景。然而如何通过有效的途径获得较为廉价的氢能源，是目前科研工作者研究的主要内容之一，地球上水资源丰富，通过水的电解获得氢气是有效的途径之一，但是水的电解能源转化效率低是制约其工业化生产的因素之一，因此设计和开发高性能，低成本的电解水的催化剂具有极其重要的意义。

这几年，过渡金属硫化物，磷化物在能源存储及在电催化中的潜在应用得到了研究工作者的广泛关注。过渡金属Co、Ni、Fe、Mo基硫化物、氮化物、磷化物是一类重要的HER催化剂，对MEx(M:Fe、Co、Ni；E:S、N、P)一系列催化剂析氢性能研究表明，在酸性电解液中，CoS₂、NiS₂、CoP、Ni₂P等具有较好的电化学析氢性能。最近，磷化物在电化学析氢方面具有优越的电催化性能，其中Ni₂P作为磷化物中的佼佼者，日益被研究者关注。但是Ni₂P也存在一些问题，例如纳米粒子易于团聚，在酸性条件下易于失活，稳定性差等缺点，制约了它的发展。

天然多糖基气凝胶作为纳米粒子构成的三维网络结构的新型材料，因其具有典型的多孔网络结构、高比表面积、高孔隙率、低密度、低热导率、低介电常数、高吸附性能等特点，且因其骨架和孔隙的纳米尺度化所引起的尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在力学、热学、光学等众多领域有着广泛的应用。海藻酸钠做为天然多糖中的一种，由于其良好的生物降解性和生物相容性，被广泛用于制药、化工、生物、食品等领域。海藻酸钠溶液与金属阳离子鳌合，形成的气凝胶，在治理环境污染，降解有机物方面被广泛报道，但在电化学析氢方面鲜有报道。本发明较为新颖的通过海藻酸钠溶液和金属Ni的鳌合作用，形成海藻酸盐水凝胶，冷冻干燥后进一步高温磷化得到碳壳包裹的Ni₂P纳米粒子镶嵌石墨烯气凝胶复合催化剂(Ni₂P@C/GA)，Ni₂P纳米粒子镶嵌在碳气凝胶网络结构中，很好的分散了纳米粒子；碳壳的包裹较好的改善了Ni₂P纳米粒子在酸性电解质的循环稳定性；通过加入氧化石墨烯，进一步改善其电子传导速率，最终形成磷化钴石墨烯气凝胶，极大地的提高了其电化学催化性能。

发明内容

本发明旨在提供Ni₂P@C/石墨烯气凝胶析氢复合材料的制备方法，该方法通过简单的溶胶凝胶法制得水凝胶，再通过高温磷化的方法获得Ni₂P@C/石墨烯气凝胶析氢复合材料。本发明制备的Ni₂P@C/石墨烯气凝胶析氢复合材料具有高效的电催化析氢性能，进一步拓展了以海藻酸盐为前驱体合成磷化物析氢复合材料的合成路线。

Ni₂P@C/石墨烯气凝胶析氢复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：