[发明专利]一种碳纸负载的Fe-NiCoP异质结构及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电分解水领域，公开了一种碳纸负载的Fe‑NiCoP异质结构及其制备方法和应用。所述制备方法包括如下步骤：制备碳纸负载的镍钴纳米棒；制备碳纸负载的铁镍钴异质结构；制备碳纸负载的Fe‑NiCoP异质结构材料。本发明制备方法简单易行，重复性好，所用原材料廉价易得，产物稳定；其中通过第一步的水热生长，镍钴纳米棒直接生长于碳纸基底上，再通过第二步离子引导生长，铁镍立方体生长于镍钴纳米棒的顶部，该异质结构加快了电子的传输，提高了材料的导电性。制备得到的Fe‑NiCoP具有高效电解水催化活性和高稳定性。

技术领域

本发明属于电分解水领域，具体涉及一种碳纸负载的Fe-NiCoP异质结构及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业的迅速发展，人类所面临的能源问题也愈发严峻。目前，我们的大部分能源来自化石燃料。然而，化石燃料的燃烧造成了严重的环境问题。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题。对于可再生能源，如风能、天阳能、潮汐能等，由于它们是间歇性利用能源，不便日常使用，因此优质能源的出现和先进能源技术的使用，对人类社会发展有着重要的意义。氢气是未来最有潜力的能源载体之一，具有储量丰富、环境友好、可再生等特点。电分解水具有极大的潜力提供可持续和清洁的氢源，由于其卓越的能量密度和环境友好性，这被认为是最有希望取代化石燃料的新型能源

目前认为贵金属及其氧化物是最好的电解水催化剂，如碳载纳米铂(Pt/C)、铱(Ir)和钌(Ru)的氧化物，能在电解水过程中较好地降低动力学能垒。尽管贵金属材料具有高效的电催化性能，但储量低，价格昂贵，稳定性差等缺点，导致贵金属电催化剂不能满足电分解水的大规模产氢需求。因此，寻找一种可以大规模应用的廉价且高性能电解水催化剂具有非常重要的意义。

到目前为止，已经报道了一些对电解水反应具有良好电化学性能的非贵金属电催化剂，如过渡金属(铁、钴、镍、锰、钼)基催化剂，包括金属氧化物、金属氢氧化物、羟基氧化物、硫化物、硒化物、氮化物、磷化物等材料作为电解水催化剂展现了优异的催化性能，有望成为贵金属催化剂的替代品。在不同的电解水反应电催化剂中，最近报道的过渡金属磷化物(TMP)非常有前途，不仅因为它们的丰度高和成本低，而且由于它们在碱性溶液中具有很高的碱稳定性。过渡金属磷化物是一种多功能材料，广泛应用于能量转换和储存，催化剂，磁性和光电等领域。最近研究表明，一些多金属磷化物不仅是传统的析氢反应催化剂，而且是一种有前途的析氧反应催化剂。因此，多金属磷化物可作为一种双功能催化剂应用于催化电解水反应，展现出优异的电解水催化性能。

目前所研究的电化学催化材料大多数为粉末材料，需要使用粘合剂配浆涂敷到玻碳电极或其他集流体的表面才能起到催化作用。繁琐的制备过程，粘结剂会降低材料的导电性，从而限制了粉末材料的实际应用。据报道，将活性催化剂材料直接生长在基底上能更好地发挥其电化学性能。另外，电极材料的形貌对其电化学性能起到重要的作用。构建异质结构可以提供大的比表面积，暴露更多的活性位点，加快电子的传输，增强气体的脱附，从而进一步提高催化剂的催化活性。

因此，开发一种工艺简单的制备方法来得到具有优异的电解水催化性能的碳纸负载的Fe-NiCoP异质结构材料具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

为了克服现有技术中存在的电解水反应催化剂活性差的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种碳纸负载的Fe-NiCoP异质结构的制备方法；本发明提供的制备方法简单易行，重复性好，所用原材料廉价易得，产物稳定；该异质结构加快了电子的传输，提高了材料的导电性。

本发明的再一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的碳纸负载的Fe-NiCoP异质结构；该Fe-NiCoP异质结构具有高效电解水催化活性和高稳定性。在电解水反应中，10mA/cm²电流密度所对应电位为1.5400V，性能优于贵金属。

本发明的又一目的在于提供上述碳纸负载的Fe-NiCoP异质结构的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：