[发明专利]一种基于MOF凝胶的金属磷化物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电催化材料技术领域，尤其涉及一种基于MOF凝胶的金属磷化物及其制备方法和应用。本发明提供了一种基于MOF凝胶的金属磷化物的制备方法，包括以下步骤：a)将铁盐、钴盐和含羧基的有机物在溶剂中进行加热反应，得到MOF凝胶；b)将所述MOF凝胶进行氧化处理，得到氧化产物；c)将所述氧化产物进行磷化处理，得到金属磷化物。实验结果表明，本发明制备方法得到金属磷化物可作为双功能电催化剂，采用本发明金属磷化物制备的电催化析氧电极在碱性介质中表现出优异的活性，在电流密度达到10mA/cm²时所需的过电位为275mv，采用本发明金属磷化物制备的电催化析氢电极在碱性介质中也表现出电催化活性。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，尤其涉及一种基于MOF凝胶的金属磷化物及其制备方法和应用。

背景技术

利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源发电是解决目前世界能源问题最环保的方式，但这些可再生能源存在一个共同的问题——不能持续稳定的提供电能。通过电解水将电能存储为化学能是个很有希望的解决方案。电化学水分解由两个半反应组成：阴极上的析氢反应(HER)和阳极上的析氧反应(OER)。理想的HER催化剂或OER催化剂必须满足两个基本要求，首先，每个半反应对应的催化剂必须具有高催化活性，即能够在过电位最低时产生最大的电流密度。其次，催化剂必须表现出长期的稳定性。目前，Pt族金属是公认的最有效的HER催化剂，Ir和Ru基的化合物是最好的OER催化剂，但它们的稀缺性和高成本阻碍了其广泛使用。因此，开发高效的基于非贵金属的电解水催化剂具有很大的吸引力和挑战。

并且，即便采用目前最高效的贵金属催化剂，仍需很高的电压才能驱动电解水反应，而且能源转换效率也不能让人满意。因此，开发稳定高效、资源丰富并且价格低廉的电解水催化剂显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于MOF凝胶的金属磷化物及其制备方法和应用，该基于MOF凝胶的金属磷化物可作为电解水催化剂，稳定高效、资源丰富并且价格低廉，在催化分解水过程中，催化过电位低。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于MOF凝胶的金属磷化物的制备方法，包括以下步骤：

a)将铁盐、钴盐和含羧基的有机物在溶剂中进行加热反应，得到MOF凝胶；

b)将所述MOF凝胶进行氧化处理，得到氧化产物；

c)将所述氧化产物进行磷化处理，得到金属磷化物。

本发明中，通过将铁盐、钴盐和含羧基的有机物在溶剂中进行加热反应，得到MOF凝胶，MOF凝胶中金属离子与羧基配位，金属离子包括铁和钴，活性中心多，再将MOF凝胶进行氧化处理和磷化处理，能够丰富活性位点，提高金属磷化物的电化学活性；本发明制备方法得到的金属磷化物基于MOF凝胶，MOF结构中的有机配体为金属磷化物提供了大量的碳，使得金属磷化物具有良好的导电性；该金属磷化物为多孔结构，比表面积大，有利于质子传输。本发明制备方法降低了金属磷化物作为电催化剂反应的过电势和起峰电位，实验结果表明，采用本发明制备方法得到的金属磷化物制备的电催化析氧电极在碱性介质中表现出优异的活性，在电流密度达到10mA/cm²时所需的过电位为275mv，采用本发明制备方法得到的金属磷化物制备的电催化析氢电极在碱性介质中也表现出电催化活性。

本发明制备方法采用铁盐、钴盐和含羧基的有机物作为原料，能够使得得到的金属磷化物资源丰富并且价格低廉。

优选的，所述铁盐选自六水氯化铁、硫酸铁、硝酸铁和氯化亚铁中的一种或多种，更优选为六水氯化铁；

所述钴盐选自六水硝酸钴、氯化钴、硫酸钴和乙酸钴中的一种或多种，更优选为六水硝酸钴；

所述含羧基的有机物选自均苯三酸、对苯二甲酸、联苯二甲酸和3,4,5-联苯三羧酸中的一种或多种，更优选为均苯三酸；