[发明专利]一种镍钴钨磷化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种镍钴钨磷化物催化剂及其制备方法和作为析氢催化剂的应用。所述制备方法包括步骤：(1)采用介质阻挡放电对三维骨架结构的镍钴合金泡沫进行等离子体表面预处理；(2)将预处理后的镍钴合金泡沫加入到钨酸钠溶液中，于120～210℃下进行水热反应，反应结束后清洗、干燥得到镍钴钨氧化物催化剂；(3)将所得镍钴钨氧化物催化剂置于管式炉中进行磷化，冷却得到八面体状镍钴钨磷化物催化剂。本发明不仅可有效解决传统制备过程中残留金属盐离子对环境的污染以及电化学稳定性较差等问题，还可降低成本，提高电极材料的稳定性，极具工业化和实际应用价值。

技术领域

本发明涉及催化技术领域，具体涉及一种镍钴钨磷化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着传统化石燃料的过度消耗，环境污染问题的愈发严重，研究和发展可再生新型能源问题已然成为当下人们关注的热点之一。在众多新能源产能装置中，电解水既产氢又产氧是一种相当具有发展前景的获得清洁能源的有效途径。由于电解水过程中，动力学转化缓慢，需要施加较高的过电位才能驱动反应，因此研究者们一直致力于开发高效可行的电解水催化材料，降低电极的过电位从而减少能耗。当下研究中，贵金属Pt、Ru等元素对于电解水的催化活性较高，但由于贵金属元素的稀缺和使用成本高、电化学稳定性差等诸多因素，使其难以投入大规模应用，因此开发高效低成本、可规模化的非贵金属基电解水催化材料已势在必行。对于过渡金属磷化物，由于其特殊的电子结构且被报道具有高效的电催化活性引起了广大研究者的关注，但诸多研究表明其仍然存在制作成本高，制备工艺复杂，催化效率低，电催化稳定性差而且污染环境等等缺点。

公开号为CN 108560017 A的专利说明书公开了一种非晶态钴钨修饰泡沫镍催化电极、制备方法及其应用。所述制备方法采用硫酸钴和钨酸钠分别作为钴源和钨源，通过恒电流电沉积的方式在泡沫镍表面沉积一层非晶态的钴钨沉积层。

公开号为CN 107478699 A的专利说明书公开了一种泡沫过渡金属磷化物负载贵金属的制备方法，将泡沫过渡金属置于管式退火炉中，红磷粉末置于上风口，通过保护气体的气流驱动，使得磷蒸汽与试样接触并发生反应，生成三维多孔过渡金属磷化物载体。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种镍钴钨磷化物催化剂的制备方法，意外发现将作为反应金属源的镍钴泡沫利用介质阻挡放电装置进行等离子体预处理后，可显著增强其导电性和表面反应面积，从而有利于后续以钨酸钠为钨源进行水热反应，在金属泡沫基体上原位制备具有优异稳定性的八面体镍钴钨氧化物，最后采用化学气相沉积法在管式炉中进行磷化，形成八面体状镍钴钨磷化物。本发明制备方法工艺简单，不仅提升电催化剂的稳定性，而且避免了高昂的制作成本和金属盐离子对环境的污染问题，所得八面体状镍钴钨磷化物电催化性能优越，稳定性强且对环境友好。

一种镍钴钨磷化物催化剂的制备方法，包括步骤：

(1)采用介质阻挡放电对三维骨架结构的镍钴合金泡沫进行等离子体表面预处理；

(2)将预处理后的镍钴合金泡沫加入到钨酸钠溶液中，于120～210℃下进行水热反应，反应结束后清洗、干燥得到镍钴钨氧化物催化剂；

(3)将所得镍钴钨氧化物催化剂置于管式炉中进行磷化，冷却得到八面体状镍钴钨磷化物催化剂。

作为优选，步骤(1)中，所述介质阻挡放电的功率为50～100W，所述等离子体表面预处理的时间为5～20min。进一步优选，步骤(1)中，所述介质阻挡放电的功率为50～60W。

作为优选，步骤(2)中，所述钨酸钠溶液的摩尔浓度X满足0＜X≤0.03mol/L。

钨酸钠溶液pH为9左右。作为优选，步骤(2)中，所述钨酸钠溶液使用前先用酸调节pH至4～7。所述酸优选为盐酸。

作为优选，步骤(2)中，所述钨酸钠溶液的体积为15～40mL。