一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法技术

一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法，本发明专利技术涉及解决现有电催化析氢催化剂在碱性条件下催化活性低的问题，而提供一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法。制备方法：一、将鸡蛋中的蛋黄和蛋清分离，将一定量的鸡蛋清置于烧杯中；二、将一定量的多酸溶解在一定体积的蒸馏水中，将其加入到鸡蛋清中，搅拌数小时，得到反应悬浊液；三、将步骤二得到的反应悬浊液转移到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中水热处理，抽滤收集固相物，烘干后得到复合材料；四、将步骤三得到的复合材料放入马弗炉中煅烧，得到煅烧后的复合体；五、将步骤四得到的复合材料放入管式炉中进行磷化处理，然后随炉自然冷却，得到磷化钼/石墨化碳复合材料。

A Method for Preparing Molybdenum Phosphide/Graphite Carbon Composites

The invention relates to a method for preparing molybdenum phosphide/graphitized carbon composites, which solves the problem of low catalytic activity of existing electrocatalytic hydrogen evolution catalysts under alkaline conditions, and provides a method for preparing molybdenum phosphide/graphitized carbon composites. The preparation methods are as follows: 1. Separate the yolk from the egg white and place a certain amount of egg white in a beaker; 2. Dissolve a certain amount of polyacid in a certain volume of distilled water, add it into the egg white, stir it for several hours, and get the reaction suspension; 3. Transfer the reaction suspension obtained in step 2 to the hydrothermal kettle with PTFE lining for water heat treatment. Solid phase is collected by filtration and dried to obtain composite materials. Fourthly, the composite materials obtained in step 3 are calcined in muffle furnace to obtain the calcined composite. Fifthly, the composite materials obtained in step 4 are phosphated in tubular furnace and then cooled naturally with the furnace to obtain molybdenum phosphide/graphitized carbon composite materials.

【技术实现步骤摘要】
一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法
本专利技术涉及一种磷化钼/石墨化碳复合材料的制备方法。
技术介绍
电催化析氢反应越来越受到研究者的关注。而目前电催化析氢催化剂在碱性条件下存在不稳定或者催化性能低等问题，限制了发展和应用，因此寻找和开发在碱性条件下稳定的高活性电催化析氢反应催化剂迫在眉睫。过渡金属磷化物具有类似氢化酶的结构，而磷化物又具有较强的金属性，表现出较高的机械强度，强的电子传输能力及化学稳定性，被广泛应用于催化加氢、储氢和生物医疗等领域。最近的研究发现，金属磷化物在电催化析氢反应中也具有较好的催化性能。碳材料，由于其具有较好的导电性，且在调节材料结构、控制材料尺寸以及防止材料脱落方面优势明显，在纳米材料结构的设计合成中应用广泛。将纳米颗粒与碳材料进行组装，形成复合结构，既可以保持两种材料各自的优势，还可能存在协同增强效应，从而使材料的性能得到意想不到的提升。同时，微粒的大小和均匀性是影响其催化性能的一个非常重要的因素，小的尺寸和均一的分布对于提高材料的性能十分必要。杂多酸是一类离散多阴离子金属氧簇，具有各种类型的分子结构，接近纳米的尺寸，是制备小尺寸磷化物的优质原料。采用具有丰富含氮(碳)基团的生物质鸡蛋清作为碳源，原位反应获得磷化钼/石墨化碳复合材料，具有以下优势：i)增强导电性；ii)提高材料的分散度，从而增大了材料的比表面积；iii)防止过渡金属磷化物材料在催化过程中的团聚和粉碎，保持结构稳定性；iv)提高了材料在电解液中的抗腐蚀性；v)过渡金属材料与碳的紧密接触所产生的界面效应，可以有效的增加催化活性位点。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有电催化析氢催化剂在碱性条件下催化活性低的问题，而提供一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法。本专利技术制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法按下列步骤实现：一、将鸡蛋中的蛋黄和蛋清分离，将一定量的鸡蛋清置于烧杯中；二、将多酸溶解在去离子水中，得到多酸水溶液，搅拌下把多酸水溶液加入到鸡蛋清中，得到反应悬浊液；三、将步骤二得到的反应悬浊液转移到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中水热处理，抽滤收集固相物，烘干后得到复合材料；四、将步骤三得到的复合材料放入马弗炉中，在空气氛围下煅烧，得到煅烧后的复合体；五、将煅烧后的复合体和次亚磷酸钠分别放入管式炉中，前端放置次亚磷酸钠，后端放置煅烧后的复合体，进行磷化处理，然后随炉自然冷却，得到磷化钼/石墨化碳复合材料。本专利技术利用生物质鸡蛋清具有丰富含氮、碳基团，与多酸前驱体之间的强相互作用，基于配位组装的方法制备磷化钼/石墨化碳复合材料，所得到的磷化钼/石墨化碳复合材料具有组分间结合紧密、磷化物尺寸小、分布均匀和组分容易调控等优势，应用其作为电催化析氢反应的催化剂，在碱性条件下表现出优异的催化活性，具有较低的起始电位5mV，在10mAcm-2的电流密度下，所需过电势仅为96mV，并且具有良好的稳定性，为今后设计和制备在碱性条件下使用的电化学析氢催化剂奠定基础。综上所述本专利技术还包含以下有益效果：1、本专利技术选用的碳源是生物质鸡蛋清，其具有丰富的含氮和含碳的基团，利于功能组分的有效组装而获得性能优异的复合材料；2、选用的金属源为多酸，具有尺寸小、稳定性好、结构多样易于调控等优势，有利于调控复合体中磷化物的组成，进而易于实现复合材料应用性能的调控；3、本专利技术可以通过改变热处理时间、物料比例等参数实现复合材料结构的控制。附图说明图1是实施例一得到的磷化钼/石墨化碳复合材料的X射线粉末衍射图谱；图2是磷化钼/石墨化碳复合材料的透射电子显微镜图；图3是磷化钼/石墨化碳复合材料的傅里叶红外转化图谱；图4是磷化钼/石墨化碳复合材料的拉曼谱图；图5是两种不同催化剂的循环伏安曲线，其中1—磷化钼/石墨化碳催化剂，2—商业Pt/C催化剂。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是磷化钼/石墨化碳复合材料的方法一、将鸡蛋中的蛋黄和蛋清分离，将一定量的鸡蛋清置于烧杯中；二、将多酸溶解在去离子水中，得到多酸水溶液，搅拌下把多酸水溶液加入到鸡蛋清中，得到反应悬浊液；三、将步骤二得到的反应悬浊液转移到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中水热处理，抽滤收集固相物，烘干后得到复合材料；四、将步骤三得到的复合材料放入马弗炉中，在空气氛围下煅烧，得到煅烧后的复合体；五、将煅烧后的复合体和次亚磷酸钠分别放入管式炉中，前端放置次亚磷酸钠，后端放置煅烧后的复合体，进行磷化处理，然后随炉自然冷却，得到磷化钼/石墨化碳复合材料。本实施方式制备得到的磷化钼/石墨化碳复合材料是将一定量的鸡蛋清作为碳源以及含碳和氮的功能性有机配体，以多酸阴离子磷钼酸为钼源，通过两者之间的强相互作用，得到多酸基有机无机杂化物，对其进行磷化处理而得到。本实施方式所得的磷化钼/石墨化碳复合材料，具有磷化物分散性好，尺寸小，磷化物与石墨化碳基底接触好等优势，在碱性电解液中表现出优良的电催化析氢活性和稳定性。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中所述的搅拌速度为400～2000rpm，搅拌时间为2～10小时。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同的是步骤二中所述的多酸为钼酸铵、硅钼酸或磷钼酸。其它步骤及参数与具体实施方式一至二之一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二按多酸与鸡蛋清的总质量比为1:(8～42)加入多酸。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三所述水热处理的温度为160～200℃，水热时间为8～24小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤四所述煅烧的温度为250～350℃，煅烧时间为2～8小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤五磷化处理的温度为400～800℃，磷化时间为3～6小时。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。实施例一：本实施例制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法按下列步骤实现：一、将鸡蛋中的蛋黄和蛋清分离，称取38g鸡蛋清放置在100mL烧杯中；二、按多酸与鸡蛋清的质量比为1：21，将多酸溶解在30mL去离子水中，得到多酸水溶液，将其加入到鸡蛋清中，以500rpm的速度搅拌4小时，得到反应悬浊液；三、将步骤二得到的反应悬浊液转移到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中以180℃水热10h，抽滤收集固相物，再经烘干得到复合材料；四、将步骤三得到的复合材料放入马弗炉中，以300℃的温度煅烧5小时，得到煅烧后的复合体；五、将煅烧后的复合体和次亚磷酸钠分别放入管式炉中，前端放置次亚磷酸钠，后端放置煅烧后的复合体，进行磷化处理，以800℃的温度煅烧3小时，然后随炉自然冷却，得到磷化钼/石墨化碳复合材料。本实施例制备的磷化钼/石墨化碳复合材料的X射线粉末衍射图谱如图1所示，从图中可以看出，在32.3°、43.1°、57.4°、57.9°、64.9°、67.0°、67.8°和74.3°存在九个衍射峰，分别归属于MoP的(100)、(101)、(110)、(002)、(111)、(200)、(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法，其特征在于，是按下列步骤实现：一、将鸡蛋中的蛋黄和蛋清分离，将一定量的鸡蛋清置于烧杯中；二、将多酸溶解在去离子水中，得到多酸水溶液，搅拌下把多酸水溶液加入到鸡蛋清中，得到反应悬浊液；三、将步骤二得到的反应悬浊液转移到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中水热处理，抽滤收集固相物，烘干后得到复合材料；四、将步骤三得到的复合材料放入马弗炉中，在空气氛围下煅烧，得到煅烧后的复合体；五、将煅烧后的复合体和次亚磷酸钠分别放入管式炉中，前端放置次亚磷酸钠，后端放置煅烧后的复合体，进行磷化处理，然后随炉自然冷却，得到磷化钼/石墨化碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法，其特征在于，是按下列步骤实现：一、将鸡蛋中的蛋黄和蛋清分离，将一定量的鸡蛋清置于烧杯中；二、将多酸溶解在去离子水中，得到多酸水溶液，搅拌下把多酸水溶液加入到鸡蛋清中，得到反应悬浊液；三、将步骤二得到的反应悬浊液转移到带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中水热处理，抽滤收集固相物，烘干后得到复合材料；四、将步骤三得到的复合材料放入马弗炉中，在空气氛围下煅烧，得到煅烧后的复合体；五、将煅烧后的复合体和次亚磷酸钠分别放入管式炉中，前端放置次亚磷酸钠，后端放置煅烧后的复合体，进行磷化处理，然后随炉自然冷却，得到磷化钼/石墨化碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种制备磷化钼/石墨化碳复合材料的方法，其特征在于，步骤二中所述的搅拌速度为400～2000rpm，搅拌时间为2～10小...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦艳清，付宏刚，田春贵，闫海静，吴爱平，张晓萌，时霞，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23