[发明专利]磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂、制备方法及应用，包括如下步骤：将硝酸钴水溶液、硝酸铬水溶液混合，得到第一混合液；向甲酰胺/水混合液中加入氢氧化钠，得到第二混合液；把所述第二混合液逐滴加到所述第一混合液中反应1～2h，得到钴铬氢氧化物粉末；把钴铬氢氧化物粉末加到五氧化二磷溶液中，超声条件下反应1h，反应产物自然晾干得到磷原子掺杂的钴铬氢氧化物；将磷原子掺杂的钴铬氢氧化物加到Nafion溶液中混合得到第三混合液，把所述的第三混合液涂覆于泡沫镍上，自然晾干得到磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂。本发明所述的催化剂电催化析氧性能以及电催化稳定性较优，满足工业化应用的要求。

技术领域

本发明属于电催化材料制备技术领域，尤其涉及一种磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂、制备方法及应用。

背景技术

电催化分解水产氢是目前制取氢气的常用技术，电催化分解水的效率不仅由电极产氢反应的速率决定，还受到电极产氧反应速率的制约，因此设计高效的电催化分解水产氧反应的催化剂，对于促进分解水产氢效率的提高具有重要意义。

层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxides，LDHs)是一类层状材料，其中带正电的层板包含交替排列的金属阳离子，用来平衡电荷的阴离子位于夹层空间。由于电催化剂的快速发展，层状双金属氢氧化物作为催化剂用于电催化产氧引发了极大的关注。目前，具有高性能析氧反应的催化剂还包括二氧化钌(RuO₂)以及锰、铁、钴、镍基纳米材料等，但这些催化剂的电催化析氧性能以及电催化稳定性较差，不能满足工业化应用的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：现有催化剂的电催化析氧性能以及电催化稳定性较差，提供了一种磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂、制备方法及应用。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照硝酸钴、硝酸铬摩尔比为1～3：1，将硝酸钴水溶液、硝酸铬水溶液混合，得到第一混合液；

(2)按照甲酰胺、水的体积比为15～30：100配制甲酰胺/水混合液，向甲酰胺/水混合液中加入氢氧化钠，得到第二混合液，所述第二混合液中氢氧化钠的浓度为0.1mol/L；

(3)把所述第二混合液逐滴加到所述第一混合液中反应1～2h，得到钴铬氢氧化物粉末；

(4)按照钴铬氢氧化物粉末与五氧化二磷溶液的质量体积比5mg/mL，把钴铬氢氧化物粉末加到五氧化二磷溶液中，超声条件下反应1h，反应产物自然晾干得到磷原子掺杂的钴铬氢氧化物；

(5)将磷原子掺杂的钴铬氢氧化物加到Nafion溶液中混合得到第三混合液，把所述的第三混合液涂覆于泡沫镍上，自然晾干得到磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂。

所述步骤(3)中，反应后还包括将反应产物离心过滤，洗涤过滤物，将过滤物烘干的操作，烘干温度为60℃，时间12h。

用甲酰胺水溶液洗涤过滤物，所述甲酰胺水溶液中，甲酰胺与水的体积比为15～30：100。

所述步骤(4)中，配制五氧化二磷溶液的溶剂选自有机醇，五氧化二磷在五氧化二磷溶液中的浓度为0.25～1mg/mL。

所述有机醇选自甲醇、乙醇、异丙醇中的任一种。

所述步骤(5)中，Nafion溶液的质量百分比浓度为5％。

一种由磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂的制备方法制备得到的磷原子掺杂的钴铬氢氧化物基催化剂。

所述的催化剂包括泡沫镍基体及在泡沫镍基体上涂覆成型的磷原子掺杂的钴铬氢氧化物催化层。

一种催化剂在分解水产氧反应上的应用。