[发明专利]一种磷化钼纳米微球复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种磷化钼纳米微球复合材料的制备方法，解决了碱性电催化析氢催化剂成本高、催化活性低的技术问题。制备方法：一、将组氨酸溶解在去离子水中，搅拌形成均匀的分散液；二、将聚乙烯吡咯烷酮加入到上述组氨酸溶液中，搅拌下形成均匀的分散液；三、将磷钼酸溶解在乙醇中，搅拌下加入到步骤二得到的澄清溶液中，获得悬浊液，将所得悬浊液离心、洗涤、干燥后得到磷钼酸‑组氨酸纳米微球复合体；四、将磷钼酸‑组氨酸纳米微球复合体放入马弗炉中，在空气氛围下煅烧，得到煅烧后的纳米微球复合体；五、将煅烧后的纳米微球复合体和次亚磷酸钠分别放入管式炉中，在管式炉中使用原位磷化还原的方法进行磷化处理，得到磷化钼纳米微球复合材料。

技术领域

本发明涉及一种碱性电解水制氢的非贵金属复合材料的制备方法，特别是一种磷化钼纳米微球复合材料的制备方法。

背景技术

氢能有望在未来取代化石燃料成为主流能源。目前，通过水电解制氢，氢气纯度高，操作简单，不产生污染副产物。目前，铂族金属是最有效的水分解催化剂；但因贵金属在地球上储量有限且价格昂贵，所以其应用受到极大的限制，尤其是在碱性和中性介质中。此外，碱性电解水制氢可以与间歇性和可持续能源相结合，利用低成本的电催化剂和其他廉价的组件组装。因此，开发高效、耐用、廉价的非贵金属碱性析氢电催化剂对于提高过电位和降低电能消耗至关重要。由于磷化钼具有类Pt的电子结构、成本低、导电性好、催化活性高、稳定性高等特性，已经被证实是一种非常有前景的析氢电催化剂。然而，构建能暴露大量活性位的磷化钼纳米结构仍然是一项挑战。纳米微球组装结构因其比表面积大，具有结构稳定、电荷转移快和活性位点丰富等优势而备受关注。因而制备纳米微球组装结构的磷化钼碱性析氢电催化剂具有实际应用意义。

发明内容

本发明是要解决现有碱性电催化析氢催化剂成本高、催化活性低的技术问题，而提供一种磷化钼纳米微球复合材料的制备方法。

本发明制备磷化钼纳米微球碱性析氢电催化剂的方法按下列步骤实现：

步骤一、将组氨酸溶解在去离子水中，搅拌形成均匀的分散液；

步骤二、将聚乙烯吡咯烷酮加入到上述组氨酸溶液中，搅拌下形成均匀的分散液；

步骤三、将磷钼酸溶解在乙醇中，搅拌下加入到步骤二得到的澄清溶液中，由于静电吸引以及氢键组装作用，获得悬浊液并继续搅拌以保证充分结合；将所得悬浊液离心、洗涤、干燥后得到磷钼酸-组氨酸纳米微球复合体；

步骤四、将步骤三得到的磷钼酸-组氨酸纳米微球复合体放入马弗炉中，在空气氛围下煅烧，得到煅烧后的纳米微球复合体；

步骤五、将煅烧后的纳米微球复合体和次亚磷酸钠分别放入管式炉中，前端放置次亚磷酸钠，后端放置煅烧后的纳米微球复合体，在管式炉中使用原位磷化还原的方法进行磷化处理，待温度降至室温，用稀硫酸浸泡洗涤去除杂质，即可得到磷化钼纳米微球复合材料。

本发明利用组氨酸水溶性好、无毒、方便易得，且同时具有氨基和羧基基团，利用与磷钼酸之间的静电以及氢键等分子间作用力，基于分子组装原理，获得纳米微球前驱体，磷化处理后制得磷化钼纳米微球复合材料。所得到的磷化钼纳米微球复合材料具有组分间结合紧密、分布均匀和组分容易调控等优势，应用其作为电催化析氢反应催化剂，在碱性条件下电流密度为10mA cm^-2时，所需过电势仅为97 mV，为今后设计和制备在碱性条件下使用的电化学析氢催化剂奠定基础。

综上所述本发明还包含以下有益效果：

1. 本发明可以通过对物料投料比例、搅拌速度、热处理温度和时间等变量进行调控来实现对复合体材料的可控合成。

2. 本发明通过简单的静电以及氢键等分子间作用力合成了具有纳米微球组装结构的磷化钼复合材料。与传统制备方法相比，该纳米微球复合体材料的合成方法无需模板，具有相对简便、能耗较低、对环境友好等特点。并且此方法可应用于该纳米微球组装结构复合材料的大规模合成。