[发明专利]磷化物/硒化物电解水产氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种磷化物/硒化物电解水产氢催化剂及其制备方法。该催化剂包括基底、负载于基底的核结构和负载于核结构外侧的壳结构，其中核结构由第一过渡金属的磷化物组成，壳结构由第二过渡金属的硒化物组成。本发明的制备方法简单且获得的电解水产氢催化剂具有较高的电流密度和较低的过电位，在电解水产氢时具有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及电解水产氢催化剂，具体地涉及磷化物/硒化物电解水产氢催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能作为一种终极清洁能源正被广泛应用于氢燃料电池领域，而电解水制氢技术由于方法温和简单、氢气产物纯度高、无二氧化碳等温室气体排放等而受到人们的广泛关注。

现有技术中已开发了许多用于电解水产氢的催化剂。例如，CN109913897A公开一种三维整体式过渡金属化合物电极的制备方法。其将一种二维层状过渡金属化合物生长在基底材料表面，制得三维整体式电极。该电极可通过后续反应，制得三维整体式过渡金属化合物（磷化物、氮化物、硫化物、硒化物）电极。该方法所开发的电极无须通过玻碳电极涂覆，可直接用做电解水电极，工艺简单，绿色安全，原料成本低，可大规模生产，在pH=0-14范围内的溶液中都有优异的电催化析氢性能，在电解水制备氢气领域具有广阔应用前景。

再例如，CN109012711A提高过渡金属复合材料催化性能的方法，将过渡金属的硫化物、氧化物、硒化物或磷化物溶于溶剂中得到过渡金属溶液，将金属的硝酸盐、乙酸盐或硝酸盐缓慢加入溶剂中，混合后反应2-5min后，生成沉淀，将得到过渡金属溶液和沉淀转移到水热反应釜中，放入衬底，反应釜放置在烘箱中反应，待反应结束后自然冷却到室温，用蒸馏水冲洗衬底，干燥后得到基底负载的过渡金属复合材料。该方法工艺简单，便于操作，成本低廉，提高了电子的导电速率，增大了该复合材料的比表面积。

然而，现有的产氢电催化剂的电流密度较小，还远不能应用于电解槽中。因此开发一种具有大电流密度的高效产氢电催化剂至关重要。

发明内容

为解决现有技术中的至少部分技术问题，本发明提供一种磷化物/硒化物电解水产氢催化剂及其制备方法。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的第一方面，提供一种磷化物/硒化物电解水产氢催化剂，其包括基底、负载于所述基底的核结构和负载于所述核结构外侧的壳结构，其中所述核结构由第一过渡金属的磷化物组成，所述壳结构由第二过渡金属的硒化物组成。

在某些示例性的实施方案中，所述第一过渡金属和所述第二过渡金属分别选自由镍和钴组成的组中的至少一种。

在某些示例性的实施方案中，所述核结构由镍钴双金属磷化物组成，且所述壳结构由镍钴双金属硒化物组成。

在某些示例性的实施方案中，所述基底为泡沫镍、不锈钢网和/或泡沫铜。

本发明的第二方面，提供一种磷化物/硒化物电解水产氢催化剂制备方法，包括以下步骤：

(1) 使含第一过渡金属盐和氟化盐的碱性水溶液与基底在100-200℃下反应8-20小时，反应结束后干燥得到在基底上负载有第一过渡金属氢氧化物的第一中间产物；

(2) 在惰性气氛下使所述第一中间产物与NaH₂PO₂于250-350℃下反应1-4小时，得到在基底上形成磷化物核结构的第二中间产物；

(3) 通过电沉积在所述第二中间产物上进一步负载第二过渡金属氢氧化物，从而得到在核结构上形成第二过渡金属氢氧化物的第三中间产物；

(4) 在惰性气氛下使所述第三中间产物与硒粉在250-350℃下反应1-3小时，得到磷化物/硒化物电解水产氢催化剂。

在某些示例性的实施方案中，所述第一过渡金属盐和所述第二过渡金属盐分别选自硝酸盐、硫酸盐和氯化盐组成的组中的至少一种。