[发明专利]一种自支撑花状磷化镍/磷酸亚铁异质结构全解水电催化剂的制备方法

说明书

一种自支撑花状磷化镍/磷酸亚铁异质结构全解水电催化剂的制备方法，它属于新能源材料领域，具体涉及一种Ni₂P/Fe(PO₃)₂异质结构全解水电催化剂的制备方法。本发明的目的是要解决现有同时催化HER和OER的双功能电催化剂存在电极反应过电位较大，反应动力学过程较慢的问题。制备方法：一、清洗泡沫镍；二、配置溶液；三、水热处理；四、清洗干燥；五、磷化处理。优点：作为工作电极时，当电流密度为10mA·cm^‑2时，其析氧过电位低于250mV，当电流密度为‑10mA·cm^‑2时，析氢过电位低于110mV；本发明主要用于制备自支撑花状磷化镍/磷酸亚铁异质结构全解水电催化剂。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种Ni₂P/Fe(PO₃)₂异质结构全解水电催化剂的制备方法。

背景技术

世界上使用的主要能源是化石燃料，包括煤、石油和天然气等。随着化石燃料的消耗，寻找可替代能源迫在眉睫。氢气被广泛认为是未来的燃料，水可以分解产生氢气，而唯一的副产品是氧气，同时氧气在工业中起着重要的作用，电解水产生的氢占世界氢供应总量的3.9％。由于耗电量巨大，研究低压电解用水具有重要的意义。

目前电解水制氢主要面临的问题是能量消耗较高，其原因是水分解的两个半反应，无论是HER(析氢)还是OER(析氧)都需要降低活化能势垒，以实现快速的动力学过程。伴随着越来越深入的研究，人们对高效率、长寿命的电催化剂提出了更高的要求。Pt和贵金属氧化物(RuO₂和IrO₂)是常用的商用催化剂，具有独特的优势。然而，由于它们的稀缺性和高成本，使得它们不太适合大规模实际应用于水的分解。在这种情况下，开发高活性、经济的高活性、高经济的高活性电催化剂是当前的研究热点。设计能够同时催化HER和OER的双功能电催化剂是非常有潜力的，因为它简化了操作系统和降低了设备的总成本。到目前为止，一系列过渡金属硒化物、氧化物、硫族化合物、硼化物和磷化物可作为对称双功能催化剂用于整体水的分解，例如NiSe、CoMnO、Ni₃S₂、Co₉S₈@MoS₂/碳纳米纤维(CNFs)、Co₂B、CoP和Ni₂P。导电自支撑材料如泡沫镍、泡沫铜、钛片等因其结合力强，反应过程中不易脱落，接触电阻小等优势也备受青睐。在这些非贵金属催化剂中，过渡金属磷化物已被理论计算和实验结果证明是较好的双功能催化剂。然而，现有材料仍存在电极反应过电位较大(当电流密度为10mA·cm^-2时，析氧过电位一般为300mV)，反应动力学过程较慢等问题。开发高性能双功能电催化剂仍有许多工作要做。

发明内容

本发明的目的是要解决现有同时催化HER和OER的双功能电催化剂存在电极反应过电位较大，反应动力学过程较慢的问题，而提供一种自支撑花状磷化镍/磷酸亚铁异质结构全解水电催化剂的制备方法。

一种自支撑花状磷化镍/磷酸亚铁异质结构全解水电催化剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、清洗泡沫镍：依次采用丙酮、乙醇和去离子水对泡沫镍进行超声清洗，然后进行干燥，得到干净泡沫镍；

二、配置溶液：将硝酸铁和尿素溶于去离子水中，搅拌均匀，得到硝酸铁-尿素溶液；

三、水热处理：将硝酸铁-尿素溶液置于反应釜中，然后将干净泡沫镍倾斜浸渍于硝酸铁-尿素溶液中，再将反应釜放入鼓风干燥箱中进行加热反应，得到反应后的泡沫镍；

四、清洗干燥：将反应后的泡沫镍取出，先用去离子水超声清洗，然后放于真空干燥箱干燥，得到生长镍基碱式镍铁碳酸盐的泡沫镍；