[发明专利]一种自支撑磷化钴纳米线电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种自支撑磷化钴纳米线电极的制备方法，包括步骤：S1，将钴材料与草酸进行固液反应，得钴材料表面原位生长草酸钴；S2、将所述钴材料表面原位生长草酸钴与磷源在热处理的条件下结合，得所述自支撑磷化钴纳米线电极。通过将富含钴的磷化钴纳米线原位生长在钴材料表面，得到了活性高、选择性好、稳定性佳、以及具有纳米线特殊形貌的自支撑磷化钴电极，其不仅能避免催化剂的团聚，更具有较高的电荷密度和更多的电化学活性位点，还能形成自支撑的纳米线结构。

技术领域

本发明涉及自支撑电极制备领域，尤其涉及一种自支撑磷化钴纳米线电极及其制备方法和应用。

背景技术

电极材料在电化学反应系统中处于“心脏”地位，是实现电化学清洁能源的储存和转化的关键。虽然传统贵金属展现出较高的活性和稳定性，但由于贵金属成本高昂，其研究仅停留在实验室阶段。因此，非贵金属电极具有更广泛的应用前景。钴作为一种常见的非贵金属，我国钴资源储量高达2344万吨。泡沫钴、钴片、以及钴箔等钴材料由于具有成本低、结构稳定等优点是一种优良的电极材料。但是它们本身的电子传递速率低和催化活性差，致使其在电催化反应中的应用前景不好。如何在保留它们原有优点的基础上提升其电子传递效率和催化活性仍是电极材料制备的难题。

磷化钴(Co_xP_y)具有独特的电子结构，已在氧还原、氢析出，二氧化碳还原、有机合成等催化领域中证明了其优势。一般情况下，磷富集的Co_xP_y即xy拥有丰富的磷-磷键，这类Co_xP_y通常是不稳定的。然而，金属富集的Co_xP_y即xy含有大量金属键，在一定的条件下，可以表现出金属甚至超导体的性能。催化剂的尺寸和形貌对其活性、选择性和稳定性发挥着巨大的作用，该领域被大量研究并取得了重要的成果，同时催化剂的形貌和尺寸的研究也由片状到纳米颗粒最后进入到纳米线阶段。但是，如何将具有纳米线结构的催化剂制备成为电极仍然是当前研究的热点和难点。

针对上述难点，目前，研究者通常利用聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等高分子化合物粘结剂将催化剂负载于集流体表面。虽然这种方法操作简便易行，但易导致催化剂被包裹在粘结剂内部，导致大量的活性位点难以参与功能反应而成为无效位点，同时粘结剂的不导电性，将极大降低电极的电子传递速率。此外，该方法制备的电极集流体表面与催化剂并没有紧密的结合，使得其稳定性较低。

因此，无粘结剂的催化剂和集流体耦合技术是当前制备复合电极的重点攻坚方向，即自支撑电极。然而，现有研究中，自支撑磷化钴电极表面负载的催化剂均为纳米颗粒或片状，仍然存在团聚或催化活性低的问题，极大地制约着高活性可实用催化剂的进一步发展。

鉴于此，有必要提供一种原位生长的自支撑磷化钴纳米线电极，以解决或至少缓解上述现有电极材料稳定性差、催化活性低的缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种原位生长的自支撑磷化钴纳米线电极，旨在解决上述现有电极材料稳定性差、催化活性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种自支撑磷化钴纳米线电极的制备方法，包括步骤：

S1，将钴材料与草酸进行固液反应，得钴材料表面原位生长草酸钴；

S2、将所述钴材料表面原位生长草酸钴与磷源在热处理的条件下结合，得所述自支撑磷化钴纳米线电极。

进一步地，所述钴材料包括泡沫钴、钴片和钴箔中的一种。

进一步地，在所述步骤S1中，所述钴材料与所述草酸的摩尔比为1:0.1-5mol。

进一步地，所述固液反应的反应温度为20-80℃，所述固液反应的反应时长为0.5-6h。

进一步地，所述固液反应的过程包括：将所述钴材料在所述草酸溶液中进行搅拌操作。