[发明专利]一种直接在导电基底上生长高密度磷化钴纳米线电催化剂的方法及其应用

说明书

本发明属于纳米材料制备技术领域，公开了一种直接在导电基底上生长高密度磷化钴纳米线电催化剂的方法：S1、水热法在导电基底表面生长磷化钴纳米线前驱体；S2、S1得到的磷化钴纳米线前驱体经磷化反应得到磷化钴纳米线电催化剂；其中，步骤S1水热法的原料为六水合硝酸钴，尿素和氟化铵，摩尔比为5：20：6。本发明通过水热法和磷化法在导电基底上生长磷化钴纳米线，并用作电催化剂。这种方法极大提升了磷化钴和导电基底的粘附力，有利于电子在基底和电催化剂之间的传输。与此同时，高密度的磷化钴纳米线可以暴露更多的催化活性位点，可以进一步提升其电催化性能。另外，该方法所需温度较低，且制备工艺简单，便于大规模推广应用。

技术领域

本发明纳米材料制备技术领域，更具体地，涉及一种直接在导电基底上生长高密度磷化钴纳米线电催化剂的方法及其应用。

背景技术

日益恶化的环境和枯竭的化石能源促使研究人员去寻找一种高效率、低成本的可持续型能源转换技术。氢能因其能量密度高，燃烧不产生新的污染物而受到人们的广泛关注。寻找一种高效的制备氢气的方法是目前亟待解决的。在这些制氢方法中，电解水制氢是未来最具潜力的制氢技术，该技术的关键是制备一种高效的电催化剂。

近年来，研究最广泛的非贵金属HER电催化剂包括过渡金属碳化物、硒化物、氮化物和磷化物。在这些电催化剂中，过渡金属磷化物(TMP)由于其廉价，高活性和在所有pH值下均具有耐久性而受到了广泛关注。在这些TMP中，磷化钴因其特定的电子结构和高催化性能引起了人们的极大兴趣。然而，磷化钴纳米线基本是由水热法制备。因此，在电催化产氢测试中，磷化钴纳米线需要使用Nafion溶液将其粘在导电基底上，这会影响电子在基底和电催化剂之间的转移，进而影响其电催化活性。将电催化剂直接生长在导电基底上可以有效解决界面处电子转移的问题。到目前为止，少数研究人员尝试直接在导电基底上生长磷化钴纳米线。但是在导电基底上磷化钴纳米线的密度不高且生长不均匀，这会大大降低磷化钴的催化活性位点。在导电基底上合成高密度的磷化钴纳米线可以暴露更多的催化活性位点，从而极大提升磷化钴的电催化活性。

因此，开发一种直接在导电基底上生长高密度磷化钴纳米线的方法具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的上述缺陷，首先提供了一种直接在导电基底上生长高密度磷化钴纳米线电催化剂的方法。

本发明的第二个目的是提供上述方法得到的磷化钴纳米线电催化剂。

本发明的第三个目的是提供上述磷化钴纳米线电催化剂的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种直接在导电基底上生长高密度磷化钴纳米线电催化剂的方法，包括以下步骤：

S1、水热法在导电基底表面生长磷化钴纳米线前驱体；

S2、S1得到的磷化钴纳米线前驱体经磷化反应得到磷化钴纳米线电催化剂；

其中，步骤S1水热法的原料为六水合硝酸钴，尿素和氟化铵，所述六水合硝酸钴，尿素和氟化铵的摩尔比为5：20：6。

本发明通过水热法和磷化法在导电基底上生长磷化钴纳米线，并用作电催化剂。这种方法极大提升了磷化钴和导电基底的粘附力，有利于电子在基底和电催化剂之间的传输。与此同时，高密度的磷化钴纳米线可以暴露更多的催化活性位点，可以进一步提升其电催化性能。另外，该方法所需温度较低，且制备工艺简单。

反应过程中，需要严格控制原料六水合硝酸钴，尿素和氟化铵的摩尔比，从而以获得高密度有序的磷化钴纳米线，这拥有较大的比表面积，从而暴露出更多的催化活性位点。

优选的，上述制备方法中，所述导电基底为FTO和碳布。