[发明专利]一种双掺杂多孔磷化钴纳米片电催化材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种双金属掺杂多孔磷化钴纳米片电催化材料及制备方法与用途，属于材料制备和电催化的技术领域。本发明以稳定性好、导电性好的CoP为主体，通过掺杂与低温煅烧的方式制备其比表面积高、组分均匀分布的Cr_xFe_yCo_zP纳米片。制备的材料可用于电催化析氢与析氧反应，并表现出良好的电催化性能。

技术领域

本发明涉及一种双金属掺杂多孔磷化钴纳米片电催化材料及制备方法，属于材料制备和电催化的技术领域。

背景技术

开发可再生能源，减少环境污染，对人类的可持续发展至关重要。氢能以其清洁和可持续的特性被认为是一种很有前途的替代燃料。水分解被认为是一种绿色环保并且有广阔应用前途的生产高纯氢的技术。然而，在实际应用中，水分解受到氧气析出反应(OER)和氢气析出反应(HER)的缓慢动力学的极大限制。为了获得实用的能量转换，迫切需要开发高活性的电解水催化剂。目前，用于(H₂)释放反应和氧(O₂)释放反应的高活性电催化剂分别是基于Pt和Ru基的材料。然而，因昂贵的价格和极低的储量严重限制了其在实际生产中的应用。因此，设计和开发具有高活性低成本非贵金属电催化剂材料具有重要理论和应用价值。

过渡金属磷化物(TMPs)由于具有类贵金属特性、良好的电子电导率和化学稳定性受到研究者的广泛关注。其基本构筑单元是各向同性的晶体结构，易暴露出更多的活性位点。TMPs中带负电荷的P作为质子受体，可以减弱金属(带正电荷，氢化物受体为M-H)键强，从而促进氢的脱附。此外，TMPs在OER反应中会在催化剂表面形成的无定形过渡金属羟基氧化物壳，其可加速-OOH中间体的氧化，充当O₂析出的催化活性位点。这些优异特性的结合导致了TMPs适用于整体水分解催化。例如，Li等报道了一种分散在花状Al₂O₃支架上的CoP/CoP₂纳米粒子，作为双功能电催化剂具有良好的水分解性能(Nanoscale,2017,00,1-9)。此外杂原子掺杂TMPs被认为是一种通过调节晶体结构、电导率和电荷分布来提高电催化剂内在催化性能的有效方法，通过元素掺杂可以显著提高整个体系的导电性能、增加表面活性位点，从而提高材料的电催化性能。例如，Li和他的同事们制备了Mn掺杂多孔CoP纳米片，通过Mn掺杂可以增强CoP分解水性能(Dalton Trans.,2018,47,14679-14685)。

迄今为止，对于合成铬、铁双金属共掺杂磷化物纳米片用于整体水裂解的研究未见报道，本发明所用的CoP具有稳定的理化性质、原材料廉价易得、无毒且以其为主体制备CrFe-CoP纳米电催化材料的反应工艺简单，所得产品电催化性能优异，稳定性高，有望大规模工业化生产。同时，相比于贵金属催化剂，TMPs成本低廉，原料来源广泛，更适合于商业化生产和应用。

发明内容

本发明目的是提供一种新的铬铁双金属共掺杂多孔磷化钴纳米电催化材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

步骤(1)：制备氢氧化钴纳米片(α-Co(OH)₂)：称取一定量的CoCl₂·6H₂O、NaCl和C₆H₁₂N₄于烧杯中，加入去离子水与无水乙醇混合搅拌15min溶解，其中V_水：V_乙醇为9:1，将混合溶液搅拌加热反应，待自然冷却至室温后，离心得到绿色沉淀，水洗和醇洗数次，离心，真空干燥得到α-Co(OH)₂；具体可参考J.A.Chem.Soc.2005,127,13869-13874.