[发明专利]一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料及其制备方法与应用，所述铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料中铈均匀掺杂在磷化钨亚微球中，其是通过溶剂热合成法在基底上负载铈掺杂氧化钨亚微米球，再将铈掺杂氧化钨亚微米球磷化后制得的。本发明制备工艺流程简单，所得复合材料颗粒均匀，将其作为工业电解水催化剂时，电荷传输速度快，氢的吸附能力和脱附能力增强，电催化析氢活性提高，催化性能优异，稳定性强。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体地说是涉及一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

能源危机与环境污染等是当前社会面临的亟待解决的问题，通过电催化分解水制备氢气，是解决上述危机的有效方法，然而，在实际电催化分解水制氢过程中，析氢反应中的动力学阻碍严重制约着水分解效率的提高，因此，获得高效的析氢电催化剂以提高电催化析氢反应效率成为电解水制氢发展的关键。目前公认的高效析氢电催化剂是铂族类贵金属，但贵金属储量稀缺，价格昂贵，这大大限制了它们的广泛应用，则寻找髙效、稳定、环境友好且价格低廉的析氢电催化剂是亟需解决的科学问题之一。

过渡金属磷化物具有良好的结构稳定性，同时具有陶瓷和金属的良好导热、导电性能以及热力学稳定性等，在加氢精制、加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱氯、电子材料、生物医疗环保和锂离子电池等方面有很广泛的应用。磷化钨作为过渡金属磷化物的一员，被报道具有较好的电催化析氢活性，在电催化分解水领域被广泛研究。然而，金属磷化钨作为析氢电催化剂时，与铂族类贵金属相比，其导电性和催化活性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料，以解决现有金属磷化钨作为析氢电催化剂时，导电性和催化活性待提高的问题。

本发明的目的之二是提供一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供前述铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料在工业电解水催化剂方面的应用。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料，铈均匀掺杂在磷化钨亚微米球中，且亚微米球附着在基底表面形成自支持电极结构；所述铈的摩尔比为所述钨、铈总摩尔比的2 %~10 %，优选4 %~8 %，更优选6 %。

所述铈掺杂磷化物亚微米球直径为0.85 μm~0.95 μm。

所述铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料是在基底上负载铈掺杂氧化钨亚微米球，并在高温下和次亚磷酸钠发生磷化反应而得到。

当所述铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料用作工业电解水催化剂时，电流密度为20mA/cm²时，过电位为349 mV~523 mV。

本发明的目的之二是这样实现的：

一种铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（a）采用溶剂热合成法在基底上负载铈掺杂氧化钨亚微米球；

（b）将步骤（a）所得铈掺杂氧化钨亚微米球在焙烧炉中于惰性气氛下进行高温磷化反应，得到负载铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料。

步骤（a）中，所述基底可以选择本领域常见的基底材料，如碳纤维纸、泡沫镍、或泡沫铜，更优选地，选用碳纤维纸（2×5 cm²）。

所述溶剂热合成法中的溶剂为无水乙醇。所述溶剂热合成法可采用本领域技术人员已知的反应温度和反应时间，优选地，所述反应温度为150~250 ℃，反应时间为5~15 h。

可以采用已知原料和溶剂合成铈掺杂磷化钨亚微米球复合材料，优选地，将一定比例的氯化铈和氯化钨溶解到一定体积的无水乙醇中，得到黄色透明的反应混合溶液。