[发明专利]用于电解水的双功能催化剂纳米级Ni2P-CoP双金属磷化物

说明书

本发明提供了一种用于电解水的双功能催化剂纳米级Ni₂P‑CoP双金属磷化物，该催化剂不仅有优异的电解水析氧活性，而且在电解水析氢测试中也展示出优异的活性。在有聚四氟乙烯内衬的反应釜中利用水热法130℃‑180℃温度下反应4‑8h，得到镍钴有机‑无机复合材料。将干燥后得到的镍钴有机‑无机复合材料跟NaH₂PO₂一起放置在管式炉中，二者用石英棉隔开，在Ar保护下，300℃‑350℃下反应2‑5h就得到产物，将磷化后得到的产物利用去离子水跟无水乙醇交叉洗涤5次、离心，得到纳米级Ni₂P‑CoP双金属磷化物的颗粒大小为10‑20nm。把制得的材料用于催化电解水析氢跟电解水析氧，该催化剂比单一的Ni₂P、CoP、Ni₂P+CoP按照一定配比机械混合所得的电催剂的活性都要好，拥有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种镍钴双金属磷化物Ni₂P-CoP电催化剂，该催化剂的合成方法及其在电解水析氢跟电解水析氧催化的双功能应用。

背景技术

过渡金属磷化物是一种非常重要的电解水析氢和析氧的电催化剂。过渡金属磷化物纳米材料储量丰富、价格便宜，而且根据报道这类电催化剂具有很好的活性。双金属磷化物比着单金属磷化物具有更优异的性能，这是由于金属间的协同作用，所以成为了替代贵金属电催化剂的理想材料。

过渡金属磷化物的形貌、尺寸、组成对其电催化活性有显著的影响，本发明中先合成含有镍钴元素的有机-无机复合物材料，然后通过磷化反应制得具有优异电解水析氢跟析氧的催化活性的双功能电催化剂Ni₂P-CoP。该催化剂比单一的Ni₂P、CoP、Ni₂P+CoP按照一定配比机械混合所得的电催剂的活性都要好。Tian Tian，Lunhong Ai，Jing Jiang(RSCAdv.,2015,5,10290-10295) 报道了利用镍的有机-无机金属骨架材料作为前驱体经过磷化反应合成Ni₂P，该催化剂具有很好的电解水析氢活性。Shaofang Fu，Yuehe(ACS EnergyLett.2016,1,792-796)利用硬模板剂法合成了具有均匀形貌跟尺寸的镍钴双金属磷化物，且该催化剂在电解水析氧反应中展示了优异的电催化活性。以往的报道中，金属磷化物都是作为单一功能的电解水催化剂，即用于电解水析氧或者用于电解水析氢，而本发明中的Ni₂P-CoP不仅能够用于电解水析氢，而且能够用于电解水析氧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于电解水的双功能催化剂纳米Ni₂P-CoP 双金属磷化物。在动态釜中利用溶剂热法合成毛球状的镍钴的有机-无机复合材料，然后在管式炉中利用Ar保护，NaH₂PO₂作为磷源将镍钴有机-无机复合材料磷化制得颗粒状的镍钴双金属磷化物Ni₂P-CoP，并且制备的镍钴金属磷化物在电解水析氢跟析氧两个反应中均能有优异的电催化活性。

本发明的上述目的通过以下技术方案得到：

用于电解水的双功能催化剂纳米级Ni₂P-CoP双金属磷化物的合成方法，其特征在于先利用溶剂热法合成镍钴有机-无机复合材料、NaH₂PO₂作为磷源还原、在管式炉中进过磷化反应制成，包含以下步骤：

步骤1：将四水乙酸钴、乙酰丙酮镍、对苯二甲酸、聚乙烯吡咯烷酮，以上四种物质的质量比为5:5:1:8,溶解于水跟N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，混合溶液中水跟N,N-二甲基甲酰胺的体积比为3:5。磁力搅拌得到混合均匀的溶液，将上述溶液转移到配有聚四氟乙烯内衬的动态反应釜中；