[发明专利]一种制备非贵金属磷化物催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种制备非贵金属磷化物催化剂的方法，包括：在导电材料上化学镀Ni‑P镀层后，在化学镀Ni‑P镀层上制备非贵金属层状氢氧化物，最后将所述材料在还原气氛下煅烧，获得非贵金属磷化物催化剂。本发明将非贵金属氢氧化物和化学镀Ni‑P镀层制成复合材料催化剂，利用还原气氛煅烧，使Ni‑P镀层中的P由于浓度梯度扩散到表面，同时将金属氢氧化物还原，最终实现制备非贵金属磷化物催化剂。此种方法制备的非贵金属磷化物催化剂对电解水过程的析氢反应具有较好的催化性能。与现代技术相比，该非贵金属磷化物催化剂可替代贵金属催化剂，实现制备对电解水制氢过程具有较好催化活性的催化剂的目的。

技术领域

本发明涉及电解水制氢用催化剂材料制备工艺技术领域，特别是一种制备非贵金属磷化物催化剂的方法。

背景技术

随着人类社会的迅速发展，能源的需求也越来越大。其中，化石能源占据了很大比例。然而，化石能源的不可再生性使得人们无法持久地使用。若一直依赖于化石能源，势必会造成化石能源的枯竭，同时，也会大大阻碍人类社会的进步。此外，大量使用化石能源所造成的环境污染问题已对人们的生活产生了巨大影响。各种因环境污染问题带来的自然灾害、疾病等屡屡发生。因此，人们迫切需要开发和利用清洁的、可再生的能源以替代传统的化石能源，用以建立新的、清洁的能源存储与转换体系。目前，在风能、地热、海洋能、太阳能等可再生能源的应用上已取得了很大的发展，但是由于它们的地域限制和间歇性等缺点，使其无法持续地使用。

氢能是一种在当今形式下非常有前景的清洁新能源，它是解决能源危机的重大突破口，也是能源可持续发展的重要研究方向。与其他能源相比，氢能源并没有太阳能及风能等能源的地域性和间断性，可以做到不受地域时间的限制，随时随地进行能源的供给。现阶段制氢方式主要由矿物燃料制氢和水电解制氢两种方式。目前，工业上制备氢气的方式主要有石油的蒸汽重整，水煤气变换等，但是这些方式产生的氢气纯度相对较低。另一种可以制备高纯度氢气的方式就是电解水制氢，其纯度可达到99.7％以上，足以满足实际需求，乃至精密仪器方面的应用。水电解制氢的主要优势体现突出在两个方面：一方面电解水制氢中的水来源广泛而价廉，海洋占据了地球71％的面积，所以水资源的来源较为广泛、储量也相对较为庞大并且成本和价格均较低；另一方面，相对于煤、油、气，氢气的发热量是最高的，同时氢气燃烧不存在污染问题，这一突出优势是其他化石能源不具备的。然而由于电解水仍需消耗电能，现有工业电解水的电压范围为1.8～2.0V，因此大规模的电能消耗是制约电解水制氢技术发展的一大难题，使得长期以来电解水制氢技术无法在实际生活中得到广泛的应用。电解水电化学过程涉及阴极的氢气析出反应(HER)和阳极的氧气析出反应(OER)。目前具有高效催化活性的贵金属铂由于储量有限、价格昂贵等原因限制了其在工业上的大规模应用，所以开发低成本、高活性的非贵金属催化剂来提高制氢效率和降低成本，为氢能的开发和利用具有关键性的作用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种制备非贵金属磷化物催化剂的方法，并应用到电解水制氢领域中。技术方案如下:

一种制备非贵金属磷化物催化剂的方法，包括：

(a)在导电材料上化学镀Ni-P镀层；

(b)在化学镀Ni-P镀层上制备非贵金属层状氢氧化物；

(c)将所述材料在还原气氛下煅烧，获得非贵金属磷化物催化剂。

优选的：所述步骤(a)中的所述导电材料为镍网、石墨烯、炭黑和导电碳纤维。

优选的：所述步骤(a)中的所述化学镀工艺中，主盐选用硫酸镍或氯化镍，其浓度为1～30mM，还原剂选用次亚磷酸钠，其浓度为10～50mM，络合剂选用柠檬酸钠，其浓度为1～20mM。

优选的：所述的步骤(a)中所述沉积温度为40～90℃，镀液pH为3～11，反应时间为10～120分钟。