[发明专利]一种异质结构镍钨磷化物-镍钨氧化物的制备方法

说明书

一种异质结构镍钨磷化物‑镍钨氧化物的制备方法涉及能源转换用催化电极领域，本发明采用水热法和管式炉磷化法，在泡沫镍上制备了异质结构镍钨磷化物‑镍钨氧化物。这种具有异质结构的材料在碱性介质中电解水时，作为阴极材料表现出优异的电催化析氢性能和循环稳定性，仅需115mV的过电位就能达到10mA/cm²的电流密度，其析氢催化活性可媲美贵金属铂族催化剂。本发明从微观层面设计的异质结构镍钨磷化物‑镍钨氧化物，合成成本低廉、工艺简便在替代贵金属催化剂及大规模实施电解水制氢方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及能源转换用催化电极领域，具体涉及一种异质结构镍钨磷化物-镍钨氧化物的制备方法及应用。

背景技术

过度消耗化石燃料引起的环境污染对人类的可持续发展造成了严重的威胁，而氢气具有高热值、零污染等优势，因此构建以氢气为主要能源载体的“氢经济”是可持续发展的必然趋势。在众多的制氢途径中，以电解水制氢最为绿色高效。而电解水制氢效率受制于析氢/析氧的多电子转移所需的高过电位，使得其能耗较大。对于析氢反应来说，铂和铂族材料是其基准电催化剂，但这些贵金属电催化剂的储量有限、价格昂贵，限制了电解水制氢的大规模实施。因此，开发储量充足、价格低廉、性能优良的析氢电催化剂是近年来的研究热点。

过渡金属磷化物在电解水过程中催化产氢活性好、稳定性优良以及可在较宽pH范围内工作等诸多优势被认为是最具前景的电催化材料。但在众多的过渡金属磷化物中，有些磷化物由于成分单一，表现出导电性较差、稳定性不佳、活性表面积受限等缺点，阻碍了其性能的发挥。

针对上述问题，迫切需要开发出价格低廉、性能强劲且可替代贵金属的过渡金属磷化物。

发明内容

本发明旨在提供一种异质结构镍钨磷化物-镍钨氧化物的制备方法及应用

为了实现本发明的目的，采取的技术方案如下：

一种异质结构镍钨磷化物-镍钨氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

(1)NF的预处理：首先，将NF置于盐酸中超声清洗，以除去NF表面的氧化物；之后，用无水乙醇冲洗；最后用去离子水洗涤，晾干备用；

(2)水热溶液的配制：按摩尔比(1～3)∶(3～1)称取六水合硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)和偏钨酸铵((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·nH₂O)，加入到去离子水中，并控制镍源镍源的浓度为0.016～0.05mol/L，钨源的浓度为0.014～0.0042mol/L，在室温下超声混合，得到澄清的蓝色溶液A；之后，将蓝色溶液A转移到聚四氟乙烯反应釜内衬中；

(3)镍钨氧化物前驱体的制备：将步骤(1)中处理好的NF放置于步骤(2)中装有蓝色溶液A的聚四氟乙烯反应釜内衬中，然后，将内衬密封，放入不锈钢的外釜中固定，最后将外釜置于电热鼓风干燥箱中，在185～195℃下，水热反应19～21h；

(4)水热反应结束后，反应釜自然冷却到室温，将内衬中覆盖有反应物的NF取出，使用去离子水和无水乙醇交替洗涤后干燥，得到负载于NF上的镍钨氧化物前驱体B。

(5)前驱体B的管式炉磷化：将前驱体B和次亚酸钠分别放在两个石英舟中，然后将石英舟放入管式炉中，其中管式炉的上游为装载次磷酸钠的石英舟，管式炉的下游为装载前驱体B的石英舟。预通氩气排除空气，将管式炉升温进行煅烧，煅烧温度为300～500℃保温1～3h之后冷却至室温，其中管式炉磷化过程是在氩气气氛中进行，直至反应结束温度降至室温，得到异质结构镍钨磷化物-镍钨氧化物。

进一步，将面积小于2×3cm²的NF置于2～4mol/L的盐酸中超声清洗20～30min，无水乙醇洗涤3～5次，去离子水洗涤3～5次。