[发明专利]一种Co-Mo-P-O电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种Co‑Mo‑P‑O电催化剂及其制备方法和应用。该Co‑Mo‑P‑O电催化剂是负载在导电基底上的包括Co、Mo、P、O四种元素的非晶纳米颗粒膜。其制备方法是采用三电极电化学体系，在含有硫酸钴、钼酸钠、次亚磷酸钠和柠檬酸钠的水溶液中进行电化学沉积，分别以导电基底、铂片和饱和甘汞电极作为工作电极、对电极和参比电极。本发明的Co‑Mo‑P‑O电催化剂的制备方法简单易行，在电解水析氢反应、电解水析氧反应和完全电解水应用方面表现出优异的性能，有望在工业上获得大规模应用。

技术领域

本发明属于电催化剂纳米材料领域，尤其涉及一种Co-Mo-P-O电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球人口的增长与发展的需要，煤、石油等化石能源被大量的使用。这些化石能源的有限储存量及其使用中带来的环境污染，迫使人类寻找新的清洁能源来替代化石能源。氢气作为一种清洁且燃烧高效的能源正在受到人们的广泛关注。电解水制备氢气由于其环境友好、高效率被认为是一种非常有前途的制备氢气的办法。然而，其过高的能耗限制了它的大范围工业应用。采用恰当的电催化剂可以降低其分解水反应活化能，加快反应动力学，从而提高电解水制备氢气的效率并降低能耗。

电解水主要由两个半反应组成：阴极析氢反应和阳极析氧反应。相较于析氢反应，析氧反应的多电子反应步骤造成了其更缓慢的动力学，因此研制出高活性的析氧电催化剂对电解水制备氢气同样具有重要意义。同时，若所制备的电催化剂具有双功能，即既能高效催化析氢又能高效催化析氧，将对降低生产成本、简化生产工艺产生较大的贡献。

目前电催化性能最优异的析氢和析氧催化剂分别为Pt基和Ir基化合物。然而，该类贵金属成本高、储量少而限制了大规模工业化应用。过渡金属具有成本低廉、储量丰富且电催化性能优异的特点，目前正被大量的研究使用。因此，有必要采用过渡金属体系制备高活性的析氢析氧电解水催化剂。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种新型的Co-Mo-P-O电催化剂。

本发明的第二个目的是提供一种Co-Mo-P-O电催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供Co-Mo-P-O电催化剂的应用，用以实现高性能的电解水析氢反应、电解水析氧反应和完全电解水反应。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明提供一种Co-Mo-P-O电催化剂，所述Co-Mo-P-O电催化剂是负载在导电基底上的包括Co、Mo、P、O四种元素的非晶纳米颗粒薄膜。

本发明的Co-Mo-P-O电催化剂中，Co、Mo、P、O均匀分布在整个薄膜之中，薄膜表面高度粗糙。该Co-Mo-P-O电催化剂具有高度粗糙的表面、大的电化学活性面积和优异的导电能力。

优选地，所述导电基底为泡沫镍、镍片或ITO玻璃，本领域技术人员容易理解的，此处的导电基底可以为任何导电基底。

第二方面，本发明提供一种Co-Mo-P-O电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)配制包含硫酸钴、钼酸钠、次亚磷酸钠和柠檬酸钠的电解质水溶液；

2)在三电极电化学体系中，以导电基底作为工作电极，对工作电极施加恒定电位进行电化学沉积，即得到Co-Mo-P-O电催化剂。

以下针对每一步进行详细说明：

步骤1)：配制包含硫酸钴、钼酸钠、次亚磷酸钠和柠檬酸钠的电解质水溶液。

优选地，所述电解质水溶液中各成分的浓度为：0.15mol/L硫酸钴，0.05mol/L钼酸钠，0.05mol/L-0.6mol/L次亚磷酸钠，0.15mol/L柠檬酸钠。