磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料及其制备方法与应用，将硝酸钴、尿素、氟化铵在水中混合在一起，制得前驱体混合溶液；将基底置于前驱体混合溶液中，在基底上制得钴前驱体纳米棒材料；将对干燥后的基底和钴前驱体纳米棒以及次亚磷酸钠置于管式炉中，保护气氛下热处理后制得磷化二钴纳米棒；最后将基底和制得的磷化二钴纳米棒置于硝酸镍、钨酸钠混合溶液中，在基底上制得磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料，该材料可直接作为电化学分解水的工作电极。不仅具有双功能的既能用于电解水析氢也能用于电解水析氧的高催化活性，而且快速高效、成本低廉、制备工艺简单、对环保无污染，适合大规模工业化生产。

Cobalt Phosphide @ Nickel Tungstate Core-Shell Heterojunction Materials and Their Preparation and Application

The invention discloses a cobalt phosphide @ nickel tungstate core-shell heterojunction material and its preparation method and application. The precursor mixed solution is prepared by mixing cobalt nitrate, urea and ammonium fluoride in water; the base is placed in the precursor mixed solution, and the cobalt precursor nanorod material is prepared on the base; and the dried base is prepared. Base and cobalt precursor nanorods and sodium hypophosphite were placed in a tubular furnace to prepare cobalt phosphide nanorods after heat treatment in a protective atmosphere. Finally, cobalt phosphide @ nickel tungstate core-shell heterojunction material was prepared by placing the base and the prepared cobalt phosphide nanorods in a mixed solution of nickel nitrate and sodium tungstate. It is connected to a working electrode for electrochemical decomposition of water. Not only can it be used for hydrogen evolution from electrolytic water, but also for high catalytic activity of oxygen evolution from electrolytic water. It is also fast, efficient, low cost, simple preparation process, environmentally friendly and pollution-free, and suitable for large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种核壳结构纳米复合材料，尤其涉及一种磷化二钴@钨酸镍(即以磷化二钴纳米棒为核体、以钨酸镍纳米片为外壳的核壳结构)核壳异质结材料及其制备方法与应用。
技术介绍
化石燃料的加速耗竭和环境污染的日益加重,将水分解成氢气和氧气,以化学键的形式储存光能或电能吸引了越来越多科研工作者的关注。水分解可分为两个半反应:氢气生成反应(HER)和氧气生成反应(OER),这两个半反应对于提高全解水的效率都至关重要。为了增加反应速率、降低过电势,研究者制备并探究了许多高效的HER和OER电催化剂。目前，普遍认为Pt基和Ir/Ru基贵金属催化剂具有最好的HER和OER效果，但是储量低，价格昂贵和稳定性差限制了它们的广泛应用。因此，开发高效且稳定的水分解的非贵金属电催化剂势在必行。近年来，电解水催化剂取得了巨大的进展，人们发现过渡金属氧化物、硼化物、氮化物、碳化物、磷化物、硫化物和硒化物等有较好的HER活性，过渡金属基氧化物/氢氧化物，氮化物，钙钛矿等有较好的OER效果。然而，在现有技术中，虽然已开发了很多应用于水分解的HER或者OER催化剂,但是很少的研究工作探究双功能的既能用于HER也能用于OER的催化剂,因此双功能催化剂的开发依然是一个巨大的挑战,同时也为设计全解水催化剂提供了思路。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料及其制备方法与应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料，该磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料均匀有序紧密的生长在泡沫镍基底上，其以磷化二钴纳米棒为核体、以钨酸镍纳米片为外壳的核壳异质结结构。上述的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A、将硝酸钴、尿素、氟化铵水中混合在一起，使混合后溶液中硝酸钴浓度为60～120毫摩尔/升、尿素浓度为0.3～0.6摩尔/升、氟化铵浓度为0.15～0.3摩尔/升，从而制得前驱体混合溶液；步骤B、将基底置于所述前驱体混合溶液中，并将所述基底与所述前驱体混合溶液一起转移到高压釜中，然后在110～130℃下反应360～600分钟，从而在所述基底上制得钴前驱体纳米棒材料；步骤C、对所述基底以及基底上的钴前驱体纳米棒进行干燥，然后按照所述钴前驱体纳米棒:次亚磷酸钠＝1:20的质量比，将干燥后的基底连同基底上的钴前驱体纳米棒置于盛有次亚磷酸钠的瓷舟中，再将该瓷舟置于管式炉中，并在保护气体的保护下以300～350℃加热0.5～2小时，冷却至室温，从而在基底上制得磷化二钴纳米棒；步骤D、将硝酸镍、钨酸钠水中混合在一起，使混合后溶液中硝酸镍浓度为2～10毫摩尔/升、钨酸钠浓度为2～10毫摩尔/升，从而制得混合溶液；步骤E、将在基底上制得磷化二钴纳米棒置于所述混合溶液中，并将所述基底上制得磷化二钴纳米棒与所述混合溶液一起转移到高压釜中，然后在160～180℃下反应360～480分钟，从而在所述基底上制得磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料。上述所述的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的应用，应用在电化学分解水中。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料及其制备方法与应用，不仅具有双功能的既能用于HER也能用于OER的性能，而且催化活性高、成本低廉、能耗低、制备工艺简单、环保无污染，适合大规模工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1所使用的基底以及本专利技术实施例1最终制得的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的X射线衍射(XRD)图谱、场发射扫描电子显微镜(FESEM)照片和透射电子显微镜(TEM)照片。图2为本专利技术实施例1最终制得泡沫镍基底上磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的元素分析能谱图。图3为本专利技术实施例1最终制得泡沫镍基底上磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的元素分布图。图4为1MKOH电解液环境中分别采用本专利技术实施例1所使用的泡沫镍基底、本专利技术实施例1基底上制得作对比的钴前驱体纳米棒材料、钨酸镍纳米片、磷化二钴纳米棒、20％商业铂/碳以及磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料作为电解水析氢反应的工作电极进行电解水制氢测试，从而得到的极化曲线图。图5为1MKOH电解液环境中分别采用本专利技术实施例1所使用的泡沫镍基底、本专利技术实施例1基底上制得作对比的钴前驱体纳米棒材料、钨酸镍纳米片、磷化二钴纳米棒、商业氧化钌以及磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料作为电解水析氧反应的工作电极进行电解水制氧测试，从而得到的极化曲线图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料及其制备方法与应用，其较佳的具体实施方式是：一种磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料，该磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料均匀有序紧密的生长在泡沫镍基底上，其以磷化二钴纳米棒为核体、以钨酸镍纳米片为外壳的核壳异质结结构。所述的基底采用泡沫镍、泡沫铜、碳布或钛箔。上述的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A、将硝酸钴、尿素、氟化铵水中混合在一起，使混合后溶液中硝酸钴浓度为60～120毫摩尔/升、尿素浓度为0.3～0.6摩尔/升、氟化铵浓度为0.15～0.3摩尔/升，从而制得前驱体混合溶液；步骤B、将基底置于所述前驱体混合溶液中，并将所述基底与所述前驱体混合溶液一起转移到高压釜中，然后在110～130℃下反应360～600分钟，从而在所述基底上制得钴前驱体纳米棒材料；步骤C、对所述基底以及基底上的钴前驱体纳米棒进行干燥，然后按照所述钴前驱体纳米棒:次亚磷酸钠＝1:20的质量比，将干燥后的基底连同基底上的钴前驱体纳米棒置于盛有次亚磷酸钠的瓷舟中，再将该瓷舟置于管式炉中，并在保护气体的保护下以300～350℃加热0.5～2小时，冷却至室温，从而在基底上制得磷化二钴纳米棒；步骤D、将硝酸镍、钨酸钠水中混合在一起，使混合后溶液中硝酸镍浓度为2～10毫摩尔/升、钨酸钠浓度为2～10毫摩尔/升，从而制得混合溶液；步骤E、将在基底上制得磷化二钴纳米棒置于所述混合溶液中，并将所述基底上制得磷化二钴纳米棒与所述混合溶液一起转移到高压釜中，然后在160～180℃下反应360～480分钟，从而在所述基底上制得磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料。上述的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的应用，应用在电化学分解水中。该材料直接作为电化学分解水的工作电极。本专利技术的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料及其制备方法与应用，先采用水热法对硝酸钴浓度为60～120毫摩尔/升、尿素浓度为0.3～0.6摩尔/升、氟化铵浓度为0.15～0.3摩尔/升的前驱体混合溶液进行水热处理，并控制反应温度为110～130℃、反应时间为360～600分钟，从而制得钴前驱体纳米棒材料；然后按照钴前驱体纳米棒:次亚磷酸钠＝1:20的质量比，将基底连同基底上的钴前驱体纳米棒置于通保护气氛的管式炉中进行热处理，并控制热处理温度为300～350℃、热处理时间为0.5～2小时，从而在基底上制得磷化二钴纳米棒；最后将基底上制得磷化二钴纳米棒置于硝酸镍浓度为2～10毫摩尔/升、钨酸钠浓度为2～10毫摩尔/升的混合溶液中，水热160～180本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料，其特征在于，该磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料均匀有序紧密的生长在泡沫镍基底上，其以磷化二钴纳米棒为核体、以钨酸镍纳米片为外壳的核壳异质结结构。

【技术特征摘要】
1.一种磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料，其特征在于，该磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料均匀有序紧密的生长在泡沫镍基底上，其以磷化二钴纳米棒为核体、以钨酸镍纳米片为外壳的核壳异质结结构。2.根据权利要求1所述的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料，其特征在于，所述的基底采用泡沫镍、泡沫铜、碳布或钛箔。3.一种权利要求1或2所述的磷化二钴@钨酸镍核壳异质结材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、将硝酸钴、尿素、氟化铵水中混合在一起，使混合后溶液中硝酸钴浓度为60～120毫摩尔/升、尿素浓度为0.3～0.6摩尔/升、氟化铵浓度为0.15～0.3摩尔/升，从而制得前驱体混合溶液；步骤B、将基底置于所述前驱体混合溶液中，并将所述基底与所述前驱体混合溶液一起转移到高压釜中，然后在110～130℃下反应360～600分钟，从而在所述基底上制得钴前驱体纳米棒材料；步骤C、对所述基底以及基底上的钴前驱体纳米棒进行干燥，然后按照所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，温路路，李昕扬，刑昌昌，蔡伟平，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34