[发明专利]一种空心开孔结构铁系金属磷化物及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种空心开孔结构铁系金属磷化物的制备方法，包括如下步骤：(1)合成Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O纳米立方块前驱体；(2)合成空心开孔Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O纳米立方块；(3)合成聚多巴胺包裹空心开孔Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O纳米立方块；(4)合成金属离子配位聚多巴胺包裹空心开孔Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O纳米立方块；(5)合成空心开孔结构铁系金属磷化物。本发明巧妙地运用空心开孔的Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O纳米立方块为前驱体和模板，进而通过聚多巴胺的包覆和金属离子的引入，并经高温磷化策略，从而得到一种具有空心开孔结构的铁系金属磷化物基电催化剂，其不仅展现出了优异的析氧和析氢活性，且在两电极体系下同样具有极佳的全水裂解电催化活性。

技术领域

本发明涉及铁系金属磷化物技术领域，尤其涉及一种空心开孔结构铁系金属磷化物及其制备方法、应用。

背景技术

随着化石燃料消耗的不断增加，开发太阳能、风能等可再生新型清洁能源越来越引起人们的关注。由于间歇性问题，将太阳能、风能等可再生新型清洁能源进行电催化能源转化和存储显得尤为重要。目前，最为有效的途径之一是通过电催化水裂解技术，把这两种能量高效地储存在化学键中，同时获得清洁能源氢气。然而，水裂解在热力学上不易发生，水裂解涉及的两个半反应，析氢反应和析氧反应，都具有较高的活化势垒。适宜的电催化剂能够显著地降低这两个半反应的能垒与过电势。目前，贵金属Pt基材料是高效的析氢催化剂，IrO₂、RuO₂是高效的析氧催化剂。然而，这些贵金属的稀缺性和高成本，极大地限制了电催化技术大规模、可持续性地应用。因此，开发储量丰富、价格便宜的高效水裂解催化剂材料是目前发展电催化能源转化技术的当务之急。

在诸多催化剂中，铁系金属磷化物是综合性能佳、应用前景广泛的水裂解电催化剂。其可以替代昂贵且稀缺的贵金属基催化剂，促进电化学水分解的商业化应用。然而传统的制备方法诸如低温磷化、液相水热等制备的磷化物尺寸较大，催化位点仅位于催化剂表面，故其活性位点利用率低，并且制备的磷化物单独组分导电性较差。因此，如何在构建空心结构的基础上，进一步设计有利的传质和传荷通道，丰富其活性位点，并且利用多组分铁系金属磷化物之间的协同作用，提升其催化活性，成为当前制约其工业化应用的难点。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种空心开孔结构铁系金属磷化物及其制备方法、应用。本发明巧妙地运用空心开孔的Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O纳米立方块为前驱体和模板，进而通过聚多巴胺的包覆和金属离子的引入，并经高温磷化策略，从而得到一种具有空心开孔结构的铁系金属磷化物基电催化剂，所得产物不仅展现出了优异的析氧和析氢活性，并且在两电极体系下同样具有极佳的全水裂解电催化活性，这与其独特的空心开孔结构，有利的传质和传荷通道，丰富的活性位点，多组分铁系金属磷化物之间的协同作用密切相关。

本发明提出的一种空心开孔结构铁系金属磷化物的制备方法，包括如下步骤：

(1)合成Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O纳米立方块前驱体