[发明专利]一种金属磷化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属磷化物催化剂及其制备方法和应用，所述金属磷化物催化剂以WC‑Ni‑Co硬质合金为基底，表面为多孔结构，所述多孔结构的孔隙内及表面含有镍钴金属磷化物；本发明的制备方法以硬质合金为基底，通过选择性电化学腐蚀WC，使硬质合金表面腐蚀为镍钴多孔结构，再通过磷化反应，使得多孔结构的表面及孔隙内部分磷化为镍钴金属磷化物，制备方法可以实现金属磷化物的紧密连接和均匀分布，实现获得导电性高、成分和孔尺寸可调控的析氢催化剂的目的。

技术领域

本发明涉及一种金属磷化物催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

电解水制氢是促进可持续清洁能源利用的重要发展方向，氢气可以用于氢化反应和环境友好型的燃料电池，但是电解水的技术仍然需要改进。由于电解水的热力学性能不佳，通常需要比理论最小值(1.23V)更高的过电位来进行水的电解。为了降低过电位，需要开发高效的电催化剂来降低能量势垒，加速反应动力学，所以研究高活性的析氢反应电催化剂对电解水制氢具有深远的意义。贵金属铂是一种催化析氢性能优异的催化剂，但是其稀缺性和高昂的成本阻碍了它的大规模应用。因此，目前主要的研究工作均集中于使用存量丰富且廉价的催化剂取代贵金属基材料。在已报道的资源保有量较高的催化剂中，过渡金属磷化物(特别是磷化镍和磷化钴)因其在不同反应介质中与氢的结合能适中，形成合适的表面结构作为质子受体和氢化物受体位点而引起人们极大的研究兴趣。这些磷化物通常是通过水热反应或前驱体进行局部高温磷化来制备的，通常报道的前驱体都是氧化物、氢氧化物以及它们的混合物，磷的来源主要包括次亚磷酸纳、三辛基和三苯基膦。合金化是一种探索多相催化剂新功能和调整其表面性质如电子结构、协同耦合效应以及润湿性的有效途径，这些特性的改变可以提高传统金属磷化物的电催化能力。然而，低的导电性、孔结构不易调控使得电催化性能难以达到预期的要求。

发明内容

针对现有技术中现有析氢催化剂导电性低、结构和成分调节困难问题，本发明的目的在于提供一种以硬质合金为基底的，具有多孔结构的高导电性的金属磷化物催化剂及其制备方法和应用。本发明的制备方法以硬质合金为基底，通过选择性电化学腐蚀WC，获得表面多孔结构的金属材料，再经磷化，即得金属磷化物，该制备方法可以实现金属磷化物的紧密连接和均匀分布，实现获得导电性高、成分和孔尺寸可调控的析氢催化剂的目的。

本发明一种金属磷化物催化剂，所述金属磷化物催化剂以WC-Ni-Co硬质合金为基底，表面为多孔结构，所述多孔结构的孔隙内及表面含有镍钴金属磷化物。

本发明一种金属磷化物催化剂，所述多孔结构的孔径为0.5～5μm，优选为1.2～5μm。

本发明一种金属磷化物催化剂，所述WC-Ni-Co硬质合金由以下组份按重量百分比组成：Co:0～20％；Ni：0～20％；余量为WC，各组分重量百分之和为100％。

作为优选的方案，本发明一种金属磷化物催化剂，所述WC-Ni-Co硬质合金由以下组份按重量百分比组成：Co:5～7.5％；Ni：2.5～5％；余量为WC。

本发明一种金属磷化物催化剂的制备方法，将WC-Ni-Co硬质合金表面进行腐蚀，使得WC-Ni-Co硬质合金表面成为镍钴多孔结构，再对镍磷多孔结构进行磷化即获得金属磷化物催化剂。

本发明一种金属磷化物催化剂的制备方法，将WC-Ni-Co硬质合金浸泡于碱溶液中，以0.5～1.0V进行恒电位腐蚀，获得表面腐蚀处理的硬质合金，将表面腐蚀处理的硬质合金与磷源置于气氛炉中在惰性气氛下于200～400℃进行磷化处理0.5～3h，即得金属磷化物催化剂。

本发明一种金属磷化物催化剂的制备方法，所述碱溶液中OH^-的浓度为0.1～2mol/L。

本发明一种金属磷化物催化剂的制备方法，所述碱溶液为NaOH溶液和/或KOH溶液。

本发明一种金属磷化物催化剂的制备方法，所述惰性气氛为氩气气氛。