[发明专利]磷化钴多孔纳米线/不锈钢复合电催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于电催化剂技术领域，涉及析氢电催化剂的制备，具体涉及一种磷化钴多孔纳米线/不锈钢复合电催化剂的制备方法，先将不锈钢裁剪成所需尺寸经酸洗预处理不锈钢基片，再将尿素、氟化氨、CoCl₂·6H₂O溶解在去离子水，放入基片，120～160℃水热反应6～10h制得CoP/SS前驱体，再高温煅烧，最后将CoP/SS前驱体用次亚磷酸氢钠350～450℃煅烧磷化3～5h，即得。本发明还将所制备的CoP多孔纳米线/不锈钢复合析氢电催化剂应用于酸性条件下电解水制氢气。本发明将廉价的不锈钢引入电催化析氢材料当中，拓宽析氢材料的来源。方法合成简单、经济，便于大规模工业化生产，制得催化剂具有优异的电催化析氢性能、良好的稳定性和持久性，在解决未来能源危机具有重要的意义。

技术领域

本发明属于电催化剂技术领域，涉及析氢电催化剂的制备，具体涉及一种磷化钴多孔纳米线/不锈钢复合电催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

进入21世纪以来，人类面临的重大难题和挑战莫过于能源和环境，因此，开发新的、可循环使用的清洁能源将是解决这一问题的关键。在能源危机和环境污染双重压力下，氢能因具有燃烧值高、无污染，可再生等优点，成为最具有希望替代现有化石燃料的清洁能源。现在产氢的方法有很多种，例如：化石燃料产氢，缺点为：流程复杂、能耗大、污染环境；光催化产氢，缺点为：转换效率低，尚未推广实用。然而电催化产氢具有简单、环保、可行性高，能够制备高纯度的氢气等优点。因此电解水制氢引起了大家的广泛关注和研究，该技术将会慢慢的不断推广。但是电解水过程中需要消耗大量的电能，需要寻找高效的电催化剂来降低电解水的过电位。

目前的电催化析氢材料中，铂等贵金属具有最优良的析氢性能，但因其稀缺、昂贵，限制了在电催化析氢中的广泛应用。因此开发一种廉价的电催化析氢材料来代替贵金属，具有非常重要的意义。

过渡金属材料包括过渡金属碳化物、硫化物、氮化物以及过渡金属磷化物，被认为是最理想的非贵重金属电催化析氢材料。其中，过渡金属磷化物(TMPs)，储量丰富、廉价，具有一定的机械强度、良好的电导率、化学稳定性及接近于零的氢吸附吉布斯自由能(⊿GH≈0)，同时当电负性的磷原子引入，能够吸引过渡金属的电子并且有利于氢气脱附。因此过渡金属磷化物能够很好的取代贵金属材料，在电解水制氢领域有较好的研究前景。在这些过渡金属磷化物当中，磷化钴表现了优异的电催化析氢性能。根据密度泛函数理论（DFT）计算表明，CoP有接近于贵金属Pt的析氢性能，CoP在酸性介质中表现出高的电催化析氢活性位点和稳定性，引起了从业者的关注。

CoP在过去的研究中，通过不同的合成方法，制备出的磷化钴，形貌、析氢性能和稳定性均有一定的差异。整体而言，它们都是增大磷化钴的催化活性、比表面积和提高电导性来增强催化性能，将催化剂负载在碳载体上能够明显增强整体材料的电催化析氢性能，但碳载体(石墨烯、碳纳米管、碳布等)价格都比较昂贵，发明人选择廉价的不锈钢作为基底。

不锈钢中不仅含有碳元素能够增强电导性和增大催化活性比表面积，而且还含有铁、镍、钼、钒等金属元素，通过这些金属元素与钴元素之间的协同作用，析氢性能可进一步得到提高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明公开了一种磷化钴多孔纳米线/不锈钢复合析氢电催化剂制备方法。

技术方案

一种磷化钴多孔纳米线/不锈钢复合析氢电催化剂的制备方法，具体步骤如下：

Ａ、不锈钢的预处理，将不锈钢片裁成所需尺寸，放入稀HCl溶液中超声1～2h，取出再放入丙酮中超声1～2h，水洗、醇洗、干燥，得到预处理后的不锈钢基片，待用；