[发明专利]一种磷化镍纳米电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷化镍纳米电催化剂及其制备方法，其中，制备方法包括步骤：以NaHsubgt;2/subgt;POsubgt;2/subgt;作为磷源，在惰性气氛下对Ni(OH)subgt;2/subgt;/CC催化剂前体进行热处理，使所述Ni(OH)subgt;2/subgt;/CC催化剂前体发生磷化反应，制得Nisubgt;2/subgt;P/CC；将Nisubgt;2/subgt;P/CC浸泡在硼氢化钠水溶液中，得到富含磷空位的Vsubgt;p/subgt;‑Nisubgt;2/subgt;P/CC；将富含磷空位的Vsubgt;p/subgt;‑Nisubgt;2/subgt;P/CC浸泡在氯铂酸溶液中进行浸渍还原反应得到负载Pt的Vsubgt;p/subgt;‑Pt‑Nisubgt;2/subgt;P/CC电催化剂。本发明有效地解决了MOR电催化剂当前所面临的的贵金属载量高、催化剂稳定性差、产物选择性差等问题。为MOR电催化剂的开发和贵金属催化剂的设计提供了全新的设计思路和理念。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，尤其涉及一种磷化镍纳米电催化剂及其制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益严重，氢能因其能量密度高，燃烧产物无污染，易于获得等原因被认为是最受瞩目的能源载体之一。在制氢气的诸多方法中，电解水制氢气一直是人们研究的热点。电解水反应由析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应组成，其中OER反应需要较高的过电位(1.23V vs.HER)成为决定电解水的关键，也因此阻碍了电解水制氢气的发展和应用。近年，研究人员在降低阳极侧反应电位方面作出了许多努力，如使用小分子有机物氧化与OER发生竞合进而降低阳极反应电位；开发贵金属材料电催化剂从而达到更好的点催化效果等等。目前较高的过电位、贵金属的加入致使催化成本陡增、贵金属催化剂稳定性差等问题仍困扰着研究人员。

为了降低阳极反应的电位，采用小分子有机物的氧化反应取代OER正被人们所瞩目并且已经成为一种非常有前途降低电解水能耗的策略。常见的被用于氧化反应的有机物有醇类(甲醇、乙醇)、尿素、胺类、糠醛等。该类反应底物的共同特点是基于有机小分子物质，相比于OER反应有着更好的动力学表现，从而降低阳极电位。另外，利用小分子有机物的氧化反应取代OER反应还有其他的优势比如减小了电解水产生的O₂和H₂混合而发生爆炸的风险等。但是在众多的反应底物中，甲醇因其是结构最简单的醇类，且可以通过生物或化学工业大量合成而备受瞩目。甲醇氧化反应(MOR)一方面由于甲醇良好的溶解性致使其具有很快速的动力学，使得MOR可以很好的与OER发生竞合并优先反应。另一方面在甲醇氧化的众多产物中，甲酸或甲酸盐具有一定的经济价值，因此MOR成为OER的理想取代反应。研究显示Pt对于MOR具有非常优秀的电催化性能，但是其依然需要面对Pt成本高、容易被反应中的CO吸附而失活、氧化产物为温室污染物CO₂等问题。为提高Pt催化剂的催化活性科研人员做出了巨大的努力，最近由P.Deng,et al.的研究表明应用简单的solvothermal方法合成三元Pt₃Bi₃Zn NPLs电催化剂，该催化剂应用于MOR过程中其质量活性可以达到3.29Amg^-1_Pt。另外，L.Yan,et al.在Ni(OH)₂纳米片上，以Pt为载体合成Pt/Ni(OH)₂/氮掺杂石墨烯催化剂。该催化剂具有多维多孔的设计结构，丰富的羟基化合物，因此可以促进中间体CO的氧化，在推动MOR进行的同时，也使催化剂减少CO吸附中毒的可能。在MOR催化方面该催化剂的质量活性可以达到2.99A mg^-1_Pt。这些研究虽然在提高MOR催化性能和降低Pt载量上都有了很大进步，但是在产物选择性、进一步降低Pt载量、优化催化剂结构等方面依然有很大的提升空间。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容