[发明专利]一种类似苯环结构双金属复合材料及其制备和应用

说明书

本发明提供了一种以泡沫镍为导电基质，原位生长形成NiCo(OH)_x前驱体，再采用低温煅烧、磷化工艺，磷化合成具有高储能与高催化性能的苯环状Ni@NiCo‑P微、纳米复合材料，本发明所述的苯环状Ni@NiCo‑P微、纳米复合材料应用在超级电容器和水催化剂领域中，不仅具有优良的导电性、高电容和高功率密度，同时降低了水分解析氢和析氧反应的过电位，增强了Ni@NiCo‑P作为水分解析氢和析氧反应催化剂的电催化性能。本发明还提供了所述微、纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)泡沫镍的预处理；(2)泡沫镍负载NiCo(OH)_x前驱体的制备；(3)Ni@NiCo‑P微、纳米复合材料的制备；(4)Ni@NiCo‑P电极的制备；本发明还提供了上述微、纳米复合材料在超级电容器和水催化剂领域中的应用。

技术领域

本发明研究了微、纳米复合材料的制备，以及在超级电容器和水催化剂领域的应用，涉及一种以泡沫镍为导电基质，原位生长形成NiCo(OH)_x前驱体，进而采用低温退火、磷化工艺合成有高储能性能与高催化性能的苯环状Ni@NiCo-P微、纳米复合材料的合成方法和应用。

背景技术

过渡金属材料以其较高的电化学活性、低廉的成本和丰富的自然资源受到广泛的关注，过渡金属作为一类非贵金属原料被广泛应用于材料化学领域。过渡金属磷化物作为电极材料存在广泛的研究，具有特殊形貌的过渡金属磷化物具有极大的比表面积，快速可逆的法拉第反应，仅存在于材料表面的特点为高比电容提供了理论基础。钴和镍基微、纳米材料目前在超级电容器和水催化剂领域应用广泛，钴和镍基合金与磷化物之间的协同偶联效应，可以暴露出更多的活性位点，具有较好的比电容，大的功率密度等特点，在作为超级电容器电极材料等方面有着独特的优势。特别是钴和镍基材料的磷化物对水催化具有优异的电催化性能，非贵金属过渡金属氧化物、氢氧化物和磷化物有利于提高水分解析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的性能，降低反应的过电位，因此被广泛应用于水催化剂领域。本文通过一锅水热法，将金属复合材料在水热条件下，直接原位生长在泡沫镍导电基质上，并在还原性气氛下，采用低温退火、磷化工艺，形成了一种苯环状结构微、纳米复合材料，并研究了该金属磷化物在超级电容器和水催化剂领域的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种以泡沫镍为导电基质，原位生长形成NiCo(OH)_x前驱体，采用低温退火、磷化工艺形成苯环状微、纳米复合材料。本发明还提供了苯环状Ni@NiCo-P微、纳米复合材料的制备方法及其在超级电容器和水催化剂领域中的应用。首先，通过一锅水热法，以泡沫镍为导电基质，原位生长形成NiCo(OH)_x前驱体，最后，将制备的前驱体置于管式炉中，通入惰性气体N₂，加入NaH₂PO₂·H₂O，采用低温退火、磷化工艺即可制得苯环状Ni@NiCo-P微、纳米复合材料。最终，将其直接用作超级电容器的电极材料，分别以三电极与二电极体系，对组装电极的超级电容器性能进行了测试；并将该微、纳米复合材料，采用三电极体系详细的研究Ni@NiCo-P微、纳米复合材料对水分解析氢和析氧反应的电催化性能。

本发明采用的技术方案是：

首先，通过一锅水热法，以泡沫镍为导电基质，原位生长形成NiCo(OH)_x前驱体，将制备的泡沫镍前驱体置于管式炉中，通入惰性气体N₂，同时加入NaH₂PO₂·H₂O，采用低温退火、磷化工艺即可得到苯环状Ni@NiCo-P微、纳米复合材料。

本发明所述的苯环状Ni@NiCo-P微、纳米复合材料，其特征在于：在所述的NiCo(OH)_x原位生长在泡沫镍导电基底上，预先分别采用丙酮、1M盐酸(HCl)、去离子水和无水乙醇对泡沫镍清洗，并放置于真空干燥箱中，在60-80℃条件下，真空干燥12小时。