[发明专利]钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂及其制备方法，实施步骤包括：首先尿素调节PH值缓慢合成出钴镍双金属有机膦酸化合物花状微米球前驱体CoNiPP；然后不同温度下进行高温处理后获得钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂，仍然较好保持住前驱体的花状微米球结构，其结构通式可表示为：CoNiPP‑T，T=700~900℃。花状微米球结构可以有效提高材料的比表面积和孔隙率，从而增加电催化反应时内部电子的转移通道；煅烧去除苯基膦酸中的有机苯环分解得到的多孔碳包覆层，则可以增加电催化反应的活性位点数量；另外，由于双金属的存在，每种金属对应的活性位点不同，故同样可以增加电催化反应的活性位点数量。

技术领域

本发明涉及电催化材料制造技术领域，具体涉及钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂。

背景技术

随着能量需求越来越多，环保意识越来越强，这些促使人们广泛关注研究具有高效率且环境友好型的储能技术，其中，电催化水解引起很多研究学者的关注。电催化包含氧还原、析氧反应和析氢反应。在电催化水解过程中，析氧反应有一个极大地缺陷，那就是具有缓慢的动力学，并且过电位较大，这两点严重限制了析氧电催化的进一步发展，因此从提高电催化效率方面来讲，关键问题是寻找电催化的高效催化剂。金属有机膦酸化合物由于其具备的储存量丰富特点和环境友好性，其衍生物也同样具有这些特殊性，对于在电催化方面的应用研究也在最近几年快速发展起来了，应用研究主要集中在以铁、钴、镍等过渡金属元素合成的金属有机膦酸化合物及其衍生材料。

金属有机膦酸化合物具有可调节的孔径，较高的比表面积，同时由于有机基团均匀地掺杂进入了骨架结构中从而获得了较高的热稳定性和水热稳定性，可以根据不同需求调变其微观及宏观形貌；经过烧结等方法处理后，获得的金属磷酸盐也同样具备以上特征。同时双金属有机膦酸化合物也是越来越被人们注意到，因为双金属的共同作用，往往会使得材料的性能得到很好的改善。当然，除了过渡金属元素以及碳氮等元素的影响，材料的形貌，即二维的片状结构或者三维的立方体结构等特殊结构对性能的影响也是不可忽略的。

发明内容

本发明提供了钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂及其制备方法，主要是采用水热法合成出钴镍双金属有机膦酸化合物花状微米球前驱体，经过高温烧结后除去有机部分，获得形貌保持完整的双金属磷酸盐微米球材料，该材料是由多孔碳包覆的金属氧化物材料，一方面花状微米球结构可以有效提高材料的比表面积和孔隙率，增加电催化过程中电子传递的通道；另一方面多孔碳包覆在表面，增加了促进电催化的活性位点。

本发明通过以下技术方案实现：

钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）钴镍双金属有机膦酸化合物微米球前驱体的合成：取适量的苯基膦酸，加入到去离子水中配置苯基膦酸水溶液，称为溶液A；将六水合硝酸钴和六水合硝酸镍按照摩尔比8~6：2~4进行称量，加入到去离子水中配置成溶液，称为溶液B；取有机膦酸配体与金属离子摩尔量相等的溶液A和溶液B混合，搅拌均匀后，加入尿素，尿素和苯基膦酸的摩尔比为1～1.5:10，再搅拌均匀后，将混合液转移到反应釜中，加热，保持80～100 ℃下反应5～8 h，冷却至室温后，采用过滤膜抽滤，用去离子水多次冲洗，最后将得到的紫色粉末样品在60~80 ℃下干燥12～24 h，得钴镍双金属磷酸盐花状微米球前驱体，命名为CoNiPP；

2）钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂的合成：将步骤1）制备的CoNiPP放在700~900 ℃的高温煅烧炉中，在空气中进行煅烧，升温速率为3～5 ℃/min，保温时间为5～8 h，降温速率为3～5℃/min，降温至室温后取出样品，研磨并过筛，即得钴镍双金属磷酸盐花状微米球电催化剂，命名为CoNiPP-T，T=700~900 ℃。

本发明进一步优选，步骤1）中前驱体过滤时采用的是0.22 μm的滤膜。