[发明专利]一种贵金属掺杂的中空磷化铁纳米材料的制备

说明书

本发明涉及一种贵金属掺杂的中空磷化铁纳米材料的制备方法，其特征在于，以FeCl₃·6H₂O、以及贵金属M^ξ+(M^ξ+＝Ru³⁺、Pd²⁺、Pt⁴⁺、Ir³⁺)为前驱体，经NaBH₄快速还原、次亚磷酸钠NaH₂PO₂·H₂O磷化以及HCl洗涤得到中空的贵金属掺杂磷化铁纳米材料(H‑M‑FeP)，本发明所述制备方法简单可控、易于实施，该中空磷化铁纳米材料在室温下可用于高效电催化析氢反应。

技术领域

本发明涉及一种贵金属掺杂的中空磷化铁纳米材料的制备，属于材料的制备领域。

背景技术

中空纳米材料，因其具有较大的比表面积、较多的反应活性位点，在药物控制释放、生物传感和能源储存与转换等领域吸引了广泛的关注，尤其是在电催化析氢领域，为获得更高的电化学析氢性能，研究者们设计合成了大量不同元素组成的纳米材料作为析氢电催化剂。其中FeP作为Fe基过度金属磷化物(TMPs)，因其在地壳中含量丰富，具有良好的导电性、机械强度、耐化学腐蚀等优点而备受关注，在能源转化和存储方面也得到了深入研究。

研究表明，TMPs中P的高浓度削弱了金属原子中电子的离域能力，导致 TMPs的电导率严重降低，因此，要优化TMPs的催化析氢活性，需要调节TMPs 的电子特性，而杂原子掺杂是目前公认的最有效的电子结构调整方法，P种可能通过与高电负性的原子共用电子而稳定，最终增加每个活性位点的本征活性，特别是贵金属掺杂到Fe基框架中，不仅可以调节FeP的微观电子结构来改变其性能，还可以显著改良FeP纳米材料的导电性以及增加反应活性位点数量，从而增强材料电催化析氢性能，具有至关重要的现实意义。

发明内容

本发明旨在提供一种贵金属掺杂的中空磷化铁纳米材料(H-Ru-FeP)的制备方法和在电催化氢析出中的应用。

基于以上目的，本发明所涉及的技术方案如下：

1)将x mol FeCl₃·6H₂O、y mol贵金属M^ξ+(M^ξ+＝Ru³⁺、Pd²⁺、Pt⁴⁺、Ir³⁺) (x+y＝0.1mol，且0.08≤x≤0.1mol，0≤y≤0.02mol)，溶解在50mL去离子水中；然后将0.189gNaBH₄加入上述溶液，搅拌5min，反应结束后，真空抽滤，依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次，在60℃真空干燥6h，得到贵金属-Fe的前驱体。将放有500mg NaH₂PO₂·H₂O的瓷舟置于管式炉前端，将放有50mg干燥后贵金属-Fe的前驱体样品的瓷舟置于管式炉后端，然后在管式炉中升温到 350℃，升温速率2℃/min，保温2h，得到贵金属M掺杂FeP纳米材料(M- FeP)。最后向40mg M-FeP样品中加入2mL浓度为1mol/L的HCl溶液，超声 30min，然后静置3～24h，离心并各用去离子水和无水乙醇洗涤三次，得到中空贵金属M掺杂的磷化铁纳米材料(H-M-FeP)。

2)将贵金属掺杂的中空磷化铁纳米材料用于酸性(0.5M H₂SO₄)、中性(1 M PBS)、碱性(1M KOH)电解质下电催化氢析出反应。电流密度为10mA cm^-2时的电位分别为42mV、91mV和110mV。

本发明具有以下优点：