[发明专利]一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法

说明书

一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法，属于能源转化材料制备技术领域。首先获得具有高活性表面积和合适化学组成的Ni/Co前驱体，在此基础上，以次磷酸盐作为磷源对前驱体进行磷化。研究发现该催化剂具有高效的双功能电催化活性。在碱性条件下，其产氢和产氧所需要的过电势(10mA cm^‑2)分别为27mV和144mV，其性能超过大多数报道的双功能电催化剂。同时，本发明所涉及的制备工艺简单，原材料丰富便宜，可替代昂贵且稀缺的贵金属基催化剂，促进电化学全水分解的商业化应用。

技术领域

本发明属于能源转化材料制备技术领域，提供了一种水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法。

背景技术

随着社会发展、环境恶化以及化石能源减少，人们急需寻找一种可替代的清洁能源。氢气作为一种清洁能源可由电解水得到，地球上水资源丰富，电解水制氢拥有广阔的应用前景。但目前电解水最有效的催化剂为贵金属Pt，其价格和地球储量限制了大规模工业应用，研发非贵金属高效水分解电催化剂成为促进电化学水分解的商业化应用关键问题。

在诸多催化剂中，过渡金属磷化物是综合性能佳、应用前景广泛的水分解电催化剂。但目前所报道的大多数非贵金属电催化剂性能与贵金属基的相比，仍存在较大差距。主要原因是导电性低、活性表面积受限以及长期稳定性差等问题限制了其优异潜能的发挥。合金化过程是一种有效的方法去探索多相催化剂潜在的功能以及协调它们的表面特性，如电子结构、协同耦合效应和润湿性等，从而实现高效率。如申请号为201210317513.6的专利公开了一种高效Ni-Mo-P/Ni析氢电极制备方法，其方法主要是通过脉冲电沉积在预处理的镍片表面施镀，将P掺杂进Ni-Mo镀层中，形成具有产氢能力优良、镀层均匀以及介于晶态和非晶态结构之间的Ni-Mo-P纳米晶结构镀层；所制备的镀层同样也具有良好的稳定性。但其不足之处在于，所制备的镀层比表面积过小，从而导致持续性不佳，用一段时间后就会造成性能方面的下降。申请号为201410133843.9的专利公开了一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法，其主要是采用溶剂热合成方法，在泡沫镍基底上原位生长镍钌氧化物纳米棒，获得的电极比表面积大，与基底结合牢固，活性位点多及催化活性强，具有优良的析氢性能和较高的稳定性，但其不足之处在于，所制备的产品毒性较大，且容易污染环境。申请号为201610296319.2的专利公开了一种NiCoP纳米线电催化电极的制备方法，其主要是采用水热法在泡沫镍基底上生长出NiCo盐化合物纳米线前驱体，然后进行磷化，获得高比表面积和良好导电性的NiCoP纳米线电催化电极。但其不足之处在于，磷化过程复杂，且所制备的产品析氢性能与贵金属Pt相比还存在较大差距。

此外，水分解反应过程中，除了析氢反应，还存在另外一半反应产氧反应，而该反应的发生通常要用贵金属的氧化物如RuO₂、IrO₂做催化剂，增大水分解技术成本，且由于目前水分解技术采用不同的阴、阳极电催化材料，操作不便，限制了大规模水分解技术工业应用。

发明内容

本发明旨在提供一种高效水分解双功能电催化剂NiCoP及其制备方法。为了实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

(1)基底预处理

将泡沫镍砂纸打磨后，分别用盐酸和去离子水超声波清洗，以去除泡沫镍表面氧化物和杂质；

(2)水热法制备NiCo盐化合物前驱体

将处理后的泡沫镍片，以45°角倾斜放置于含有镍离子和钴离子的水热溶液中，并置于高压反应釜中密封烘烤，洗涤干燥后即得具有高活性表面积的蓬松纳米海草状NiCo盐化合物前驱体；

其中水热溶液组成每28～32mL去离子水对应六水合硝酸镍0.13～0.16g，六水合硝酸钴0.27～0.29g，尿素0.087～0.089g；

工艺参数优选：水热温度120℃，水热时间8～24h；

(3)NiCo盐化合物前驱体的磷化处理