[发明专利]一种双金属磷化物碳纳米管复合材料的制备和应用

说明书

本发明提供了一种双金属磷化物碳纳米管复合材料的制备方法，是在醇‑水混合溶剂中，将Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、白磷及经处理的碳纳米管充分混合并分散均匀，然后在100~240 ℃下反水热应10~24 h；反应结束后真空抽滤，洗涤，干燥，研磨，得双金属磷化物碳纳米管复合材料。该复合材料具有良好的电化学稳定性和催化活性，同时也具有优良的力学强度、热稳定性和导电性。电化学性能测试表明，该复合材料高电位、低电流密度，在酸性溶液中具备较好的析氢性能。由于其制备工艺简单，成本低，因此作为电催化剂用于析氢反应中，具备很好的应用前景。

技术领域

本发明具体涉及一种过渡金属磷化物复合材料的制备，尤其涉及一种双金属磷化物碳纳米管复合材料的制备，主要作为催化剂用于电催化制氢中。

技术背景

随着人口的日益剧增，人类对能源的需求越来越大，加剧了化石能源的枯竭，同时燃烧化石能源还带来了恶劣的环境问题问题。为了应对以上问题可以开发使用新型清洁能源，氢气作为一种最可能实现的新型清洁能源而受到人们的重视。目前氢气的主要来源还是石油化工带来的副产物，随着未来化石能源的枯竭这一来源将变成不可能，所以必须大力发展电解水制氢，电解水制氢的优点在于制得的氢气产量高，纯度高，可控性高。目前电解水制氢的缺点在于，使用昂贵稀少铂基催化剂，严重制约了电解水析氢的发展。因此，开发具有高活性的过渡金属磷化物催化剂仍然是研究的重点，降低催化剂制备及反应条件的苛刻程度、开发高性能载体、寻找新的活性组分及助剂，将成为一个重要的研究和发展方向。

过渡金属磷化物由于其独特的晶体结构，使磷化物的电子结构发生改变，使磷化物有着类似铂的性质。有研究表明，金属磷化物的电催化性能优异，拥有良好的电化学稳定性和催化活性，同时金属磷化物也有优良的力学强度、热稳定性和导电性。过渡金属磷化物作为析氢催化剂被大量研究。然而，磷化物的主要问题在于它导电性差，阻碍了它的电催化性能的进一步提升。主要的解决办法是将磷化物和导电材料相符合，以提高电化学活性。碳纳米管因为其高的比表面积和良好的导电性被人们广泛利用，但是由于碳纳米管并不能和磷化物很好的相复合，使得磷化物碳纳米管复合材料的制备困难重重。

发明内容

本发明的目的是提供一种双金属磷化物碳纳米管复合材料的制备方法；

本发明的另一目的是对于上述双金属磷化物碳纳米管复合材料的结构、性能、以及作为电催化剂在析氢中的应用作进一步的研究。

一、双金属磷化物碳纳米管复合材料的制备

本发明双金属磷化物碳纳米管复合材料的制备方法，是在醇-水混合溶剂中，将Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、白磷及经处理的碳纳米管充分混合并分散均匀，然后在100~240 ℃下反水热应10~24 h；反应将结束后真空抽滤，洗涤，干燥，研磨，得双金属磷化物碳纳米管复合材料。其具体制备工艺有以下两种：

工艺：将Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O搅拌溶解于水中，加入经处理的碳纳米管，超声至碳纳米管充分分散；再加入白磷和醇溶剂，在100~240℃下反水热应10~24 h；反应将结束后真空抽滤，洗涤，干燥，研磨，得双金属磷化物碳纳米管复合材料。