[发明专利]一种复合电极的光化学制备方法

说明书

本发明公开了一种复合电极的光化学制备方法，属于材料科学和电化学技术领域。本发明通过简便的方法合成了含磷复合物催化剂及其复合电极，在光活性物质光照条件下，金属与磷源生成金属与磷复合物，该含磷复合物在电催化方面表现出优异的性能。本发明的制备方法简便、可控，并且绿色环保，为电极的制备提供一种新思路，制备得到的复合电极具有极低的电荷转移电阻，且为非贵金属催化剂，降低了生产成本，具有一定的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及一种复合电极的光化学制备方法，属于材料科学和电化学技术领域。

背景技术

能源是促进人类社会文明的基本物质，随着环境问题日益严重，化石燃料储备日益枯竭，我们的地球已经在努力为不断增长的能源需求买单。因此，发现可持续清洁能源变得尤为迫切。氢气是目前零污染和高能量密度的理想可再生能源。使用太阳能，风能和其他可再生能源发电，利用电能还原水分解制氢是一种简单、有效的方式。为了更好的提高产氢效率和速率，使用电催化剂还原水产氢是非常必要的。铂(Pt)基催化剂是众所周知的有效和稳定的电催化剂，但昂贵的价格和低的丰度限制了其大规模商业应用。因此，开发高活性，丰度高和稳定性好的非贵金属电催化剂是特别必要的。

最近，复合催化剂用于析氢反应并显示出优异的性能。例如，通过热处理合成耦合的二硫化钼/石墨烯纳米片，获得了优异的电催化性能。通过界面工程方法制备偶联的二硫化钼和g-C₃N₄应用在电催化产氢方面也表现出了优异的性能。利用化学气相沉积技术(CVD)和煅烧方法制备的偶联的磷化镍/石墨烯/镍泡沫(Ni₂P-G@NF)也显示出了优异的电催化活性。

在过去的几年中，金属硫化物、硒化物、碳化物、氮化物等等作为产氢电催化剂不断的涌现出来。最近，金属磷化物由于其高活性和对酸稳定性而特别有吸引力。据发明人所知，金属磷化物的制备方法主要有以下几种：

第一种方法是使用三辛基膦(TOP)作为磷源高温条件下(T300℃)合成金属磷化物，但是三辛基膦高度易燃且具有腐蚀性。

第二种方法，300-400℃高温条件下分解次亚磷酸盐(例如：NaH₂PO₂)产生剧毒气体PH₃，PH₃高温条件下还原金属氧化物/金属氢氧化物生成金属磷化物。

第三种方法，利用溶剂热法140-200℃使用红磷、白磷作为磷源合成金属磷化物。

第四种方法，使用氢气高温(T600℃)还原金属的正磷酸盐制备金属磷化物。

这些方法为金属磷化物的合理设计和可扩展制造提供了多种方向。但它仍然需要创建一些新的合成方法来改善当前方法的不足之处。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用简便、温和、低成本的光化学法制备出含磷复合物电催化剂，该催化剂成本低，性能好，具有较高稳定性和使用价值，且尚无文献报道。本发明开发了清洁高效的可持续能源，使用一种快速、可控的光化学方法制备出复合电极，从而降低了电极的成本以及产氢过电势，提高了电催化水分解的效率和速率，电极的寿命很长，可多次重复利用，这为工业化应用打下良好基础。此外，该复合电极的光化学制备方法不仅快速、可控，而且利用光能制备催化剂更绿色环保。

本发明的第一个目的是提供一种复合电极，含有含磷复合物。

在一种实施方式中，含磷复合物的制备方法，包括在光活性物质光照情况下，金属离子与磷源生成所述含磷复合物；所述含磷复合物中含有磷和金属；所述生成反应中，必要物质为光活性物质、金属源和磷源。

根据上述的制备方法，其特征在于，除了必要物质之外，不加入其它牺牲剂。