[发明专利]一种利用原位造孔方法制备的多孔高效电化学催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种利用原位造孔方法制备的多孔高效电化学催化剂及其制备方法与应用。制备过程包括：1）利用电化学共沉积方法合成CoMoO4；2）将得到的CoMoO4在高温下进行磷化，得到CoP/MoOx复合物；3）将得到的CoP/MoOx复合物在碱性环境中进行溶解，利用MoO3的溶解特性溶解MoO3形成有效多孔结构，得到所述催化剂。该催化剂可以应用于催化析氢反应。催化剂多孔的结构提高了催化剂的电化学性能，有利于提高和增加活性位点并充分利用。本发明制备的催化剂原位形成多孔结构，因此相比其他方法，在增加孔结构的同时，并保证活性位点的增加，优化催化剂的催化性能。

技术领域

本发明涉及电化学催化领域，具体涉及一种利用原位造孔方法制备的多孔高效电化学催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

进入21世纪，环境问题和能源问题成为人类面临的两大生存挑战问题。能源是国民经济的血液和动力，关系到经济社会正常运行和发展，关系到经济安全和国家安全，关系到生态环境，也涉及到子孙后代的生存与发展。能源安全直接影响到国家安全、可持续发展及社会稳定。大多数科学家认为目前地球大气中的二氧化碳浓度在迅速增长，化石矿物燃料燃烧排放的二氧化碳是造成其浓度增长主要的原因，二氧化碳等温室气体排放量的持续增长将导致全球气候变暖，全球气候变暖将引发全球降水量重分配、冰川和冻土消融、海平面上升等一系列自然现象，危害自然生态系统的平衡和人类的生活环境。有学者甚至预测，如果二氧化碳排放量不在未来几年内有所下降，全球气候变暖的趋势将再也无法逆转。因此，寻找清洁无害的可替代能源成了目前相关领域科学家迫在眉睫的任务。

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点：重量最轻，导热性最好，回收利用，理想的发热值，燃烧性能好，点燃快，无毒可循环使用。

电解水制备氢气作为一种重要手段，由于过电势的存在，使得电解水制氢的成本大大增高，因此研究可用于降低析氢反应过电势的电化学催化剂意义重大。

目前，常用催化剂中，过渡金属磷化物被认为是优越的析氢反应催化剂。多种过渡金属磷化物被报道具有优越的析氢催化性能，如金属Mo的磷化物（Angew. Chem. Int .Ed. 2014 , 53, 1443 3 –144 37），金属Co的磷化物（Angew. Chem . Int. Ed. 2014 ,53 , 6710 –6714），金属Ni的磷化物（Nanoscale, 2014, 6, 13440-13445）。目前的金属磷化物主要是片状材料为主，很少有人制备出多孔的金属磷化物材料。多孔材料在催化领域中具有重要应用，具有独特的优势。具体表现在有利于活性位点的充分利用，增加比表面积和提高气体的流动和疏散。另一方面，金属氧化物的掺入可以起到很好的助催化剂的作用。

因此我们可以得到，当我们得到一种多孔的金属磷化物/金属氧化物的复合物时，该材料理论上应该同时具备良好的析氢催化性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种利用原位造孔方法制备的多孔高效电化学催化剂及其制备方法与应用，该方法中造孔剂的引入可以原位形成有效多孔结构的纳米催化材料。该方法制备的纳米多孔磷化钴/二氧化钼的复合材料具有极好的孔结构，并且孔结构的形成有利于析氢性能的提高，同时有利于内部气体的扩散。本发明制备的纳米多孔材料，具有很好催化析氢反应的性能。

本发明目的通过以下技术方案来实现。