[发明专利]一种棒状CoP/CoP2

说明书

本发明公开了一种棒状CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂的制备方法，该方法以碱式碳酸钴为前驱体，后经较低的温度短时间内磷化得到棒状CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂。主要制备步骤如下：利用高压反应釜水热合成棒状碱式碳酸钴，样品后经水洗烘干。以次磷酸钠为磷源，与水热得到的棒状碱式碳酸钴放在管式炉中在氮气保护下磷化，后将样品用乙醇和水反复的冲洗后得到一种纳米复合物电催化剂。棒状CoP/CoP₂纳米复化物电催化剂具有优越的电催化产氢性能。当这种材料以0.31mg/cm²附着在旋转圆盘电极上时，过电势为131mV时，电流密度可达到30mA/cm²。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备领域，具体涉及一种棒状CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂的制备方法，及其在电催化产氢上的应用。

背景技术

清洁和可再生能源的迫切需要推动了电解水产氢催化剂的探索。最近，过渡金属磷化物已被证明是高活性，高稳定性的高性能催化剂，并且不仅在强酸性溶液中，而且在用于强碱性和中性介质中，具有接近100％的法拉第效率。然而过渡金属磷化物的催化活性仍然不能达到工业化制氢的水平，因此需要进一步提高过渡金属磷化物的催化活性。首先，过渡金属磷化物中磷的含量对析氢反应的催化活性也有很大的影响，大量的研究表明过渡金属磷化物的电催化产氢活性会随着磷含量的提高提高。其次，电催化产氢是一个发生在电极表面的多步骤的过程，包括活性氢的吸附、还原和解吸。然而，单组分催化剂不能使所有中间反应过程都具有高催化活性，限制了催化效率。

发明内容

本发明的目的在于开发一种CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂。本发明所采用的技术方案是：以碱式碳酸钴为前驱体，后经短时间磷化合成CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂。该催化剂具有高的磷的含量以及合理构建CoP/CoP₂复合结构，进一步提高了过渡金属磷化物催化活性。

本发明提出的是CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1.一定量的CoNO₃·6H₂O和尿素反应釜中120-180℃水热得到棒状碱式碳酸钴纳米棒。

2.取部分步骤1得样品用大量的蒸馏水冲洗，然后干燥。

3.将步骤2得样品与一定量的次磷酸钠放在管式炉里在氮气气氛下磷化。

4.取磷化后样品用水和乙醇反复冲洗几次，然后干燥。

5.进一步地，将步骤4得到的棒状CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂称取3mg样品分散到550μl的水、乙醇和Nafion的混合溶液中(V/V/V＝250∶250∶50)，超声处理0.5-2小时，使催化剂分散均匀。最后，取4μl上述混合滴到已经预先处理好的玻碳电极上，常温下干燥。电催化产氢测试使用三电极装置。其中，将涂有催化剂的GCE作为工作电极，石墨棒和 Ag/AgCl电极的分别用作对电极和参比电极。使用经过N₂脱气处理的0.5M H₂SO₄作为电解质。线性扫描伏安法(LSV)以5mV/s的扫描速率进行测试。

本发明方法制备的棒状CoP/CoP₂纳米复合物电催化剂，不仅使催化剂具有较高的磷含量 (相比于CoP和Co₂P)，而且CoP和CoP₂的协同效应使电催化产氢中各个过程都具有很高的反应效率，特殊的棒状结构有利于提高电子传输效率，使CoP/CoP₂纳米复合物成为性能优异的电化学产氢催化剂。

本发明方法制备的棒状CoP/CoP₂可大量合成，不需要昂贵设备，可大规模应用到电催化产氢中。