[发明专利]一种笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料的制备方法，制备步骤如下：采用氰根离子作为有机配体，以镍离子、铁离子为金属源，通过共沉淀法制备出生长在三聚氰胺上镍铁双金属类普鲁士蓝化合物，将该前驱体通过一步氨水刻蚀成笼状立方体，在Ar氛围350℃的温度下与次磷酸钠煅烧获得了笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料。本发明通过氨水刻蚀法得到PBA纳米空心笼状颗粒组可以在反应过程暴露更多的活性位点；烧结粗糙化的三聚氰胺海绵三维结构的多孔碳基底既可以固定活性位点防止团聚又可以增加传导性加快电荷转移；磷元素的掺杂有效的形成金属磷化物，可以调整镍和铁周围的电子结构，这有利于加速电荷转移过程。

技术领域

本发明涉及电催化材料制造技术领域，具体涉及一种笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料的制备方法。

背景技术

随着全球能量损耗的增加、化石燃料的减少以及环境的恶化，水分离反应逐渐被越来越多的研究者重视。水分离反应包括析氧反应（OER）和析氢反应（HER）两部分。在许多金属的作用下，对于析氢反应由于具有较低的过电位，即反应所需的能量较少，所以是一种容易发生的简单反应；而析氧反应由于比较复杂且反应动力学缓慢，则是很难发生的，主要的原因如下，该反应包含水分子中四个电子转移从而生成氧分子的过程，因此为了反应的顺利 进行，就需要较大的过电位支持，而大的过电位一方面需要消耗的能量高，浪费资源，另一方面会降低整个反应的效率，阻碍氧气的产生。因此为了克服由于过电位造成的能量损失，我们必须不断研究析氧反应的高效催化剂。

过渡金属磷化物具有良好的 OER 性能，低成本过渡金属磷化物因其催化活性和长期稳定性在可再生能源应用中受到广泛关注，尽管过渡金属磷化物在 OER电催化方面取得了一定进展，但是目前所制备的金属磷化物在析氢过程中稳定性不好。双金属磷化物由于不同元素之间的协同效应，有着比单金属磷化物更优异的性能，这使其成为了替代贵金属电催化剂的理想材料。因此，如何提供一种制备方法简单、易于工业化、电催化性能优异、稳定性好的双金属磷化物材料是本领域亟待解决的课题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料的制备方法，本发明利用氰根离子作为有机配体，以镍离子，铁离子为金属源，通过共沉淀法制备出生长在三聚氰胺上镍铁双金属类普鲁士蓝化合物，将该前驱体通过一步氨水刻蚀成笼状立方体，在Ar氛围350℃的温度下与次亚磷酸钠煅烧获得了笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料，本发明的制备方法简单易操作、易于工业化大规模生产，本发明制得的笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料电催化性能优异、稳定性好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种笼状镍铁双金属磷化物负载氮掺杂多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

1）粗糙化三聚氰胺海绵的制备：将三聚氰胺海绵剪成立方体，用去离子水在磁力搅拌器中清洗，将清洗过的海绵置于碱液中加热粗糙化，再用去离子水清洗2～3次后干燥，得到粗糙化的三聚氰胺海绵；

2）三聚氰胺海绵包覆的镍铁双金属类普鲁士蓝前躯体的制备：将醋酸镍和柠檬酸三钠溶解在去离子水中，记为溶液 A；将步骤1）中制备的粗糙化三聚氰胺海绵放入溶液A中，超声处理；将铁氰化钾溶于去离子水中，搅拌至澄清，记为溶液 B；将溶液B缓慢加入至含有三聚氰胺海绵的溶液A中，搅拌10～20分钟后，置于室温下老化沉淀，老化沉淀后离心、洗涤、烘箱干燥，得到三聚氰胺海绵包覆的镍铁双金属类普鲁士蓝立方体前躯体，命名为MS@PBACube，其中PBA Cube指立方体的镍铁双金属类普鲁士蓝前躯体；

3）立方体的PBA刻蚀成笼状PBA：将步骤2）得到的MS@PBA Cube添加到由氨水、乙醇和去离子水组成的混合溶剂中，反应5～10分钟后，用去离子水清洗离心，清洗后干燥，得到产物三聚氰胺海绵包覆的镍铁双金属类普鲁士蓝笼状前躯体，记为MS@PBA Cage；