[发明专利]一种过渡金属-磷化物催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种过渡金属‑磷化物催化剂及其制备方法与应用。本发明公开了一种过渡金属‑磷化物催化剂，过渡金属‑磷化物催化剂的化学式为Msubgt;x/subgt;‑Nsubgt;1‑x/subgt;P；过渡金属‑磷化物催化剂为板栗状结构；过渡金属‑磷化物催化剂的比表面积为69.1‑92.3msupgt;2/supgt;/g；其中，M和N均为金属,x为0～1。该催化剂呈现为板栗状结构，比表面积较大，从而增加了催化材料的活性位点，将该催化剂可同时对析氢反应和析氧反应表现出优异的催化活性。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种过渡金属-磷化物催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

21世纪以来地球上的石油资源渐渐枯竭，且环境污染日趋严重，因此开发一种新型清洁能源是一种必然趋势。氢能作为低碳和零碳能源正在脱颖而出，其燃烧的产物是水，不仅无污染，还可循环使用。产氢的其中一个方法是电解水，水在电的作用下可分解成氢气和氧气，但该水解过程需要大量的电能，目前使用性能最佳的电催化剂是铂为代表的贵金属，但其储量有限价格昂贵，因此需研发一种廉价高效的电催化剂。过渡金属磷化物在制氢领域有良好的发展前景，其不仅廉价，导电性能佳且化学性能稳定。将其作为催化剂电解水，不仅可以有效提高析氢和电解水的性能，还可节约成本。随着人们对电催化剂的催化性能要求越来越高，提高过渡金属磷化物的催化性能是本领域亟需解决的技术问题。

目前，文献“Ternary metal phosphide nanosheets as a highly efficientelectrocatalyst for water reduction to hydrogen over a wide pH range from 0to14”公开了在泡沫镍(NF)上制备了磷化钴-镍纳米片CoNiP@NF，在析氢反应中，10mA cm^-2的电流密度下，在1M KOH下的过电势为155mV；文献“Sulfur-doped dicobalt phosphideoutperforming precious metals as a bifunctional electrocatalyst for alkalinewater electrolysis”公开了在碳布(CC)上制备了负载S的Co₂P催化剂，在析氧反应中，10mA cm^-2的电流密度下，在1MKOH下的过电势分别为290mV。上述过渡金属磷化物对析氢反应和析氢反应的催化性能还不够高，而且不能同时兼具析氧反应和析氢反应良好的催化性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种过渡金属-磷化物催化剂及其制备方法与应用，该催化剂比表面积提高，活性位点增多，进而提高了其电催化性能。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种过渡金属-磷化物催化剂，所述过渡金属-磷化物催化剂的化学式为M_x-N_1-xP；

所述过渡金属-磷化物催化剂为板栗状结构；

所述过渡金属-磷化物催化剂的比表面积为69.1-92.3m²/g，优选为92.3m²/g；

其中，M和N均为金属,x为0～1，更优选为0.25、0.5、0.75或1。

本发明中所述金属为Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Cr、Ti、Nb、Mn、Pd、Pt、Ir、Ru、Rh、Ag、Au、Os和Zr中的一种或多种。

本发明中，过渡金属-磷化物催化剂的比表面积高，增加了催化材料的活性位点，将该催化剂应用在析氢反应中表现出优异的催化活性。

本发明还提供了一种过渡金属-磷化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将第一金属盐与第二金属盐溶于水后，加入氟化铵、尿素与含磷化合物，得到混合溶液；