[发明专利]一种磷酸钴三氧化钼复合纳米棒阵列三维电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及复合材料及其制备技术，特别是碱性析氢电极材料技术领域；公开了一种磷酸钴三氧化钼复合纳米棒阵列三维电极材料及其制备方法与应用。本发明采用泡沫镍NF作为支架材料，通过水热法在泡沫镍上生长CoMoO₄‑NiMoO₄复合纳米棒阵列，将其浸泡硝酸钴溶液后，通过热磷化法制备开放结构的Co₃(PO₄)₂‑MoO₃/NF纳米棒阵列三维电极材料，Co₃(PO₄)₂纳米点和MoO₃双活性组分耦合，相互作用协同共进，具有优异的析氢(HER)性能。本发明材料具有丰富的表面活性位点，有利于电子转移；其复合纳米棒阵列助于析氢过程气体的扩散，促进电化学反应的进行，实现了大电流下低的析氢过电位和长期稳定性。

技术领域

本发明涉及复合材料及其制备技术，特别是碱性析氢电极材料技术领域；具体涉及一种磷酸钴三氧化钼复合纳米棒阵列三维电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

Pt基材料被普遍认为是HER中最活跃的电催化剂，但天然的稀缺性和高成本的特性限制了其大规模的进一步应用。目前有研究单原子催化剂提供了一种有效的方法来减少铂的量，同时保持其高的内在活性，但碱性条件下的HER反应中，由于水分解步骤的高活化能，Pt基催化剂的碱性HER活性比酸性条件下低大约两个数量级。因此，合理开发基于成本低廉、地球丰富的非贵金属元素的高活性HER电催化剂来替代贵金属材料仍面临巨大挑战。

现有技术中，非贵金属电催化剂包括过渡金属碳化物、氮化物、磷化物、硒化物、硫化物等。在过渡金属基电催化剂中，过渡金属磷化(TMPs)以其优异的活性和稳定性在碱性介质中催化HER是一种很有前途的电催化剂。在过去的几年里，人们广泛研究了高效TMPs基材料，这些材料大多具有类似Pt的活性和在高电流密度(100mA·cm-2)，但是气体连续析出所引起的湍流容易对催化剂的整体结构造成破坏，因此，催化剂的耐久性和界面结合力亟待重视，有必要设计界面工程策略，使丰富的异质界面充分暴露活跃区，有利于离子/电子的传输。例如，在杂志《Nanoscale》(DOI:10.1039/c8nr07577h)报道了通过一步水热法在泡沫镍(NF)上生长了NiMoO₄，然后煅烧得到棒状结构的自支撑Ni(PO₃)₂-MoO₃/NF复合电极材料，在10mA·cm^-2电流密度条件下,析氢过电位达到86mV，但是循环稳定性较差。另外在杂志《ADVANCED MATERIALS》(DOI:10.1002/adma.202003414)报道了通过电沉积的方法在碳布上制备MoO₃/Ni-NiO复合电极材料，在10mA·cm^-2电流密度条件下，析氢过电位达到62mV，但是同样方法得到的MoO₃则需要659mV才能达到。

综上所述，现有非贵金属电催化材料中部分催化性能好，但循环稳定性差，另一部分虽然具有较好的稳定性，但是催化性能差，无法同时实现循环稳定好和催化性能高的双重功效。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明利用水热法制备得到了CoMoO₄-NiMoO₄/NF纳米棒阵列，最关键的是将其浸泡硝酸钴溶液后，通过热磷化法制备了磷酸钴三氧化钼复合纳米棒阵列三维复合材料，该材料催化性能高且循环稳定性好；Co(PO₃)₂-MoO₃/NF复合电极材料具有丰富的纳米棒阵列三维结构和表面活性位点，有助于暴露催化剂丰富的活性异质界面，解决了析氢过程气体连续析出所引起的湍流对催化剂整体结构造成破坏的问题，从而实现了大电流下低的析氢过电位和长期稳定性。

本发明实施例提供了一种磷酸钴三氧化钼复合纳米棒阵列三维电极材料的制备方法，所述制备方法具体包括：

S1:将泡沫镍NF进行预处理，获得预处理泡沫镍；