[发明专利]一种CoX

说明书

本发明属于电催化领域，涉及一种Co_XP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂。本发明通过调节前驱体ZIF‑67和MPSA的比例进行可控合成Co₂P、Co₂P/CoP以及CoP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂具有优异的ORR/OER催化活性和稳定性。通过简单、环保的一步碳化法制备了Co基过渡金属磷化物嵌入杂原子掺杂碳的复合催化剂，同时该方法还可以适用于制备其他过渡金属磷化物衍生的杂原子掺杂碳的双功能催化剂。

技术领域

本发明属于电催化领域，涉及一种Co_XP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂。

背景技术

锌空气电池具有高的理论能量密度、廉价以及安全性好等优势，近年来，锌空气电池在便携式电子设备以及电动汽车上引起了广泛的关注。然而，缺乏高效稳定的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)双功能催化剂限制了可充电锌空气电池的发展和商业化应用。目前，Pt基、Ir/Ru基催化剂分别是效率较高的ORR和OER催化剂。但是上述贵金属催化剂存在资源稀缺、价格昂贵、稳定性差以及双功能性能差等问题。为了进一步促进锌空气电池的发展以及实现商业化应用，急需研究和开发高效稳定的 ORR/OER双功能催化剂。

过渡金属磷化物(TMPs)，包括Fe、Co、Cu、Ni等具有很好的物理化学性能、多元化的合成方法以及OER催化活性好等优点，近年来，过渡金属磷化物受到了广泛的关注。ORR和OER是一对可逆反应，其反应路径不同，对应的催化位点也存在差异，因此单活性位点的过渡金属磷化物通常不能同时高效催化ORR和OER 反应的进行。

中国专利申请文件(申请号CN201810922115.4)公开了磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴氧还原催化剂及其制备方法和应用，其通过多孔结构的ZIF-67为模板和前驱体，以植酸钠为P源制得磷掺杂孔状碳包覆四氧化三钴氧化原催化剂Co₃O₄/PPC，但是其P只是掺杂，并未对金属有磷化作用，制备的催化剂Co₃O₄/PPC只呈现了ORR催化活性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种制备方法简单、具有优异催化活性和稳定性的Co_XP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种Co_XP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂，所述 Co_XP纳米颗粒为Co₂P和CoP中的一种或两种。

CoP和Co₂P两者都为ORR和/或OER的活性种。通过制备不同化学计量比的磷化钴，考察不同化学计量比的磷化物对ORR/OER 电催化性能，对制备Co基金属磷化物的双功能催化剂具有重要意义，本发明制备合成了分别以Co₂P、Co₂P/CoP、CoP纳米颗粒嵌入N、P掺杂碳的双功能催化剂呈现出优异的ORR/OER催化活性。

一种Co_XP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：将ZIF-67和MPSA进行混合研磨，然后在氮气中高温碳化得催化剂。

在上述的一种Co_XP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂的制备方法中，ZIF-67和MPSA的质量比为1：(0.5-1.5)。