[发明专利]负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料及其制备方法和应用，该材料以泡沫状材料为载体，其上负载有磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料。其制备方法包括将泡沫状材料与金属盐/氯化铵/尿素的混合溶液混合进行水热反应，所得负载型金属羟基氧化物纳米片材料与磷酸二氢钠混合进行磷杂化，得到上述材料。本发明负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料具有成本低廉、活性高、稳定性好、绿色环保等优点，是一种新型的电催化剂，可广泛用于析氧反应，有着很高的使用价值和很好应用前景。本发明制备方法具有工艺简单、操作方便、成本低廉、不会产生有毒易爆炸气体、绿色环保等优点，适合于大规模制备，易于实现工业化生产，利于工业化应用。

技术领域

本发明属于电催化分解水催化剂领域，涉及一种用于析氧反应的电催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石燃料的大量使用，环境污染问题日益严重且化石燃料储量减少，使得各类可再生能源和新能源的发展受到了世界各国的高度重视。目前，新能源的研究主要有太阳能、地热能、核能、风能、潮汐能以及氢能等，其中，氢能因为其原料氢气来源广、清洁无污染和能量密度高等优点而备受科学家的关注。

电解水被认为是最有可能实现工业化生产清洁能源氢气的有效途径之一，已经被科学家普遍认为是改变能源危机并且实现可持续氢能源发展的有效手段。电解水反应主要分为两个电极半反应：析氧反应和析氢反应，其中析氧反应涉及四个电子的传递过程，需要较高的过电位，同时析氧反应也是一个动力学非常缓慢的反应过程。因此，析氧反应是整个电催化水分解的瓶颈所在，它极大的限制了包括电解池和燃料电池在内的设备的产业发展。目前，析氧反应中电催化活性最佳的是贵金属钌(Ru)、铱(Ir)的氧化物，他们常被作为析氧反应的基准物，但是由于昂贵的价格限制了它们的广泛应用。因此，获得一种成本低廉、活性高、稳定性好、绿色环保的用于析氧反应的电催化剂，对于降低析氧反应的过电位、提高点解水制氢的效率、降低电解水制氢的成本、促进电解水制氢的产业发展等方面具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、活性高、稳定性好、绿色环保的负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料，以泡沫状材料为载体，所述泡沫状材料上负载有磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料；所述磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料的化学通式为P-MOOH，M为金属元素。

上述的负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料，进一步改进的，所述磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料中M为贱金属元素，所述贱金属为Fe、Co、Ni中的至少一种；所述泡沫状材料为泡沫镍、泡沫铁、碳毡、碳纤维中的其中一种。

上述的负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料，进一步改进的，所述负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料的厚度为30nm～50nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将泡沫状材料与金属盐/氯化铵/尿素的混合溶液混合进行水热反应，得到负载型金属羟基氧化物纳米片材料；

S2、将步骤S1中得到的负载型金属羟基氧化物纳米片材料与磷酸二氢钠混合进行磷杂化，得到负载型磷掺杂金属羟基氧化物纳米片材料。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述金属盐/氯化铵/尿素的混合溶液中金属盐、氯化铵、尿素的摩尔比为0.6～0.7∶7～8∶9～10；所述金属盐为金属硝酸盐；所述金属硝酸盐为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的至少一种。

上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述水热反应在温度为100℃～120℃下进行；所述水热反应的时间为10h～12h。