[发明专利]一种磷掺杂钴铁钒三金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷掺杂钴铁钒三金属催化剂，由磷化物形式的Co、Fe、V和P组成，并负载在泡沫镍上，其通式为(Co_xFe_1‑x‑yV_y)P_z@NF，0≤x≤1、0≤y≤1。此外，还公开了上述磷掺杂钴铁钒三金属催化剂的制备方法。本发明集成的(Co_xFe_1‑x‑yV_y)P_z@NF催化剂具有高性能催化活性，且性能稳定，其活性优于现有技术用于HER的催化剂；并且采用的浸渍沉积煅烧制备方法，具有节能环保和低成本的优势，为高性能催化材料的制备提供了一种切实可行的方法，可广泛应用于各种电解催化领域。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其涉及一种电解水制氢用磷掺杂钴铁钒三金属催化剂及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步和发展，人口数量不断扩大，人类对能源的需求也在不断增加，而化石能源却日益枯竭，由此带来的温室效应和环境污染也日益加剧，因此，寻找和开发利用新的清洁能源已经迫在眉睫。目前太阳能、风能、地热能、核能和氢能等清洁能源已经被逐步应用于生产生活当中。在这些清洁能源中，氢气由于具有极高的能量密度、安全、清洁环保无污染以及可持续性等特点，被认为是取代化石能源的最有潜力的候选者之一。

目前，将水分解为氢气和氧气是获得氢气的重要途径之一，而将水分解为氢气和氧气通常又有电催化和光催化两种，其中，电催化分解水具有高的能源利用率和产率，因而应用最为广泛。理论上水分解的电压为1.23V，但在实际应用中，在碱性电解质中全解水的整体电压却高达2.0V，导致极大地提高了电解水的成本。因此，为大幅度降低电解水成本并提高水分解的效率，催化剂的作用至关重要。目前，贵金属Ru/Ir和Pt基催化剂被认为是性能较好的催化剂，但其成本较高、稳定性较差，难以大规模推广使用，因此需要寻找更为有效的替代催化材料。目前，尚未见到对于磷掺杂的钴铁钒三金属催化剂的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高催化活性且性能稳定的磷掺杂钴铁钒三金属催化剂。本发明的另一目的在于提供上述磷掺杂钴铁钒三金属催化剂的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种磷掺杂钴铁钒三金属催化剂，由磷化物形式的Co、Fe、V和P组成，并负载在泡沫镍上，其通式为(Co_xFe_1-x-yV_y)P_z@NF，0≤x≤1、0≤y≤1。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述磷掺杂钴铁钒三金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)钴铁钒三金属前驱体浆料的制备

首先将聚乙烯吡咯烷酮溶解于二甲基甲酰胺中搅拌形成澄清透明的混合液体，然后按照所述通式中的钴铁钒摩尔比例，称取六水合硝酸钴、硝酸钒和九水合硝酸铁(Ⅲ)进行配料，并加入所述混合液体中进行搅拌混合，即配置得到均匀的钴铁钒三金属前驱体浆料；

(2)泡沫镍的处理

泡沫镍首先采用酸浸泡，并经超声波清洗以去除表面的氧化层；进而先后以无水乙醇、超纯水，采用超声波清洗仪分别进行超声清洗以去除表面的有机物；然后放入真空烘箱中干燥后取出；

(3)三金属催化剂的制备

将所述处理后的泡沫镍置于所述钴铁钒三金属前驱体浆料中进行浸泡，然后取出并均匀地除去表面附着的多余浆料，干燥后即制得钴铁钒三金属的(Co_xFe_1-x-yV_y)@NF催化剂；

(4)三金属磷化物的制备