[发明专利]一种导电基材表面生长CoPx

说明书

本发明公布了一种导电基材表面生长CoP_xO_y纳米阵列复合材料及其制备和应用。本发明通过γ射线或电子束辐射还原和热处理的方法，在导电基材上调控生长氧掺杂的磷化钴(CoP_xO_y)纳米阵列(0.5x1,0.1y0.5)，该CoP_xO_y纳米阵列结构具有超亲水和超疏气的性质，在碱性溶液中电解水制氢性能良好，其中超亲水性质加快了电解质到达电极表面的传输速率，而超疏气的性质提高了氢气的析出速率，从而进一步降低HER的过电势；氧掺杂的磷化钴丰富了电子密度，从而提高电导率和加快电解质的传输速率，有助于提高催化析氢性能。而且，辐射法是可室温引发、无需添加引发剂、高效且条件易于控制，在制备过程中不会产生剧毒的PH₃气体，对环境友好，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米阵列复合材料领域，特别是一种导电基材表面生长CoP_xO_y纳米阵列材料，以及该复合材料的制备方法和应用。

背景技术

氢气以其高能量密度(120MJ/Kg)、环保及可再生性等优点成为未来化石能源的替代品之一。目前，在制氢技术中电解水催化析氢(Hydrogen Evolution Reaction,HER)是广泛使用的一种方案。然而，该反应在阴极上具有较高的过电势，导致制备氢气的成本大大增加。目前商业化使用能高效降低过电势的催化剂主要是金属铂及其化合物，但由于其在地球上储量有限，开发成本较高，严重限制了其进一步发展和应用。因此，寻找储量丰富、价格低廉和可替代性高的催化剂一直是研究者所关注的研究课题。

近年来，由于磷化钴具有较高的电导率、良好的稳定性和价格低廉等特点，在HER中具有良好的应用前景。目前很多文献(Sun,X.et al.Adv.Mater.2017,29,1602441；Yu,S.et al. Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,15445–15449；Chen,S.et al.EnergyEnviron.Sci.2018,11, 2246–2252)和专利申请说明书(如CN109518216A和CN108816258A)报道的多数磷化钴制备方法中都需要磷化的过程，而该过程会产生剧毒的PH₃气体(Li,X.et al.Angew.Chem.Int. Ed.2018,57,1–6)，对环境污染严重，不适于大规模化生产与应用。因此，需要开发绿色环保和高效的制备磷化钴的方法，以满足其商业化生产。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明开发了一种γ射线或电子束辐射还原和热处理的方法，在导电基材上调控生长氧掺杂的磷化钴(CoP_xO_y)纳米阵列(Co代表钴元素，P代表磷元素， O代表氧元素，其中0.5x1,0.1y0.5)，并将该纳米阵列材料作为催化剂应用于碱性溶液高效电解水制备氢气。

本发明的技术方案如下：

一种复合材料，包括导电基材及其表面生长的氧掺杂的磷化钴(CoP_xO_y)纳米阵列，其中0.5x1，0.1y0.5。

所述导电基材可以是常见的商品化导电基材，例如泡沫镍(Nickle Foams NF)、泡沫铜(Copper Foams CF)、泡沫钛(Titanium Foams TF)等。

本发明还提供了一种辐射-热处理法合成上述复合材料，包括以下步骤：

1)清洗导电基材并干燥；

2)在水中加入反应物钴盐、磷酸盐和自由基清除剂，搅拌溶解后通入惰性气体除氧，将步骤1)处理后的导电基材悬挂于该反应溶液中，密封；

3)使用γ射线或电子束对步骤2)悬挂导电基材的反应溶液进行辐照；