[发明专利]铝铁共掺杂磷化钴纳米粒子/石墨烯复合材料的制备及应用

权利要求书

1.一种铝铁共掺杂磷化钴纳米粒子/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a、根据改进的Hummers方法合成氧化石墨GO；

b、合成前驱体层状CoAlFe双氢氧化物/氧化石墨的复合材料，即CoAlFe LHD/GO：先将制备好的GO加入到30～80ml的去离子水中超声1～2h，然后将2～4mmol的Co(NO₃)₂·6H₂O，0.2～0.4mmol的Fe(NO₃)₃·9H₂O，0.2～0.4mmol的Al(NO₃)₃·9H₂O，10～20mmol的CO(NH₂)₂，2～5mmol十二烷基苯磺酸钠，即SDBS，0.1～0.6g的嵌段共聚物聚环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷，即P123，和4～8mmol的NH₄F加入到上述GO溶液中，搅拌直至均匀；然后将上述溶液转移到50～100ml的聚四氟乙烯反应釜中，在100～120℃条件下，水热反应8～10h；等到反应釜自然冷却到室温后，将含有前驱体的溶液分别用水和乙醇清洗几次，得到的黑色沉淀进行冷冻干燥10～12h，然后将产物收集；

c、将前驱体CoAlFe LHD/GO进行磷化：分别将含有次磷酸钠和前驱体CoAlFe LHD/GO的瓷舟放在管式炉管的上游和中间部分，然后在氩气环境下250～350℃保温2～4h，最后等自然冷却到室温即可得到铝铁共掺杂磷化钴纳米粒子/石墨烯复合材料，即Al,Fe-codopedCoP/RGO。

2.根据权利要求1所述的一种铝铁共掺杂磷化钴纳米粒子/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中，合成前驱体层状CoAlFe双氢氧化物/氧化石墨的复合材料CoAlFeLHD/GO：先将制备好的10ml GO加入到30ml的去离子水中超声1h，然后将2mmol的Co(NO₃)₂·6H₂O，0.2mmol的Fe(NO₃)₃·9H₂O，0.2mmol的Al(NO₃)₃·9H₂O，10mmol的CO(NH₂)₂，2.6mmol十二烷基苯磺酸钠，即SDBS，0.4g的嵌段共聚物聚环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷，即P123，和4mmol的NH₄F加入到上述GO溶液中，直至搅拌均匀；然后将上述溶液转移到50ml的聚四氟乙烯反应釜中，在110℃条件下，水热反应8h；等到反应釜自然冷却到室温后，将含有前驱体的溶液分别用水和乙醇清洗几次，得到的黑色沉淀进行冷冻干燥12h，然后将产物收集。

3.根据权利要求1所述的方法得到的铝铁共掺杂磷化钴纳米粒子/石墨烯复合材料，将其作为催化剂进行电化学测试，包括以下步骤：

a、制备催化剂分散液：分别将Al,Fe-codoped CoP/RGO，商业Pt/C，RuO₂加入到1ml萘酚/异丙醇的水溶液中，超声30～90min，制成催化剂分散液；

b、工作电极的制备：用液枪移取10～40μl的催化剂分散液均匀滴涂在玻碳电极上，在室温条件下进行干燥，即可得到负载催化剂的工作电极；

c、电化学测试在一个标准的三电极测试体系中进行，上述步骤b中制备的电极作为工作电极，碳棒作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，用0.5M的H₂SO₄或1M的KOH溶液作为在不同测试环境下的电解质；

d、用所述Al,Fe-codoped CoP/RGO复合材料电极作为工作电极，室温环境下在Ivium-n-Stat电化学工作站上进行电化学测试，所有的电极电势均校准并转化为可逆氢电极电势RHE；除特殊说明的以外，所用的电流密度归一化到工作电极的几何面积；

对于HER测试，均在N₂饱和的电解液中以5mV s^-1的扫速，1600rpm的转速条件下测得；

对于OER测试，均在O₂饱和的1M的KOH溶液中以5mV s^-1的扫速，1600rpm的转速条件下测得；

用计时电流法测试Al,Fe-codoped CoP/RGO复合材料的HER稳定性；OER稳定性的测试通过计时电位法，将电流密度保持在10mA cm^-2条件下，记录电势随时间的变化而得到；

对于全解水测试，将Al,Fe-codoped CoP/RGO复合材料涂覆在碳纤维纸上作为电极，其分别作为HER反应的阴极和OER反应的阳极，然后将其组装成两电极的全解水系统，在1M的KOH溶液中以0.5mV s^-1的扫速条件下测得全解水的极化曲线；

全解水的稳定性通过计时电位法进行测试，将电流密度保持在10mA cm^-2条件下，记录电势随时间的变化。